基板处理装置和用于该基板处理装置的基板载置台的制作方法

专利名称：基板处理装置和用于该基板处理装置的基板载置台的制作方法
技术领域：
本发明涉及对晶片等基板进行热处理或一边加热基板一边进行CVD等的规定处理的基板处理装置，以及用于该基板处理装置的基板 载置台。
背景技术：
在半导体器件的制造工艺中，对作为被处理基板的半导体晶片(以 下，简称为"晶片")实施成膜处理、蚀刻处理等各种气体处理。在这 些中，在Ti、 TiN、 W等的CVD成膜处理中，在陶瓷制或金属制的基 座上载置晶片的状态下，利用电阻加热器或灯加热器将晶片加热到例 如500 700。C左右。这种情况下，从处理的均匀化的观点出发，晶片温度的面内分布 必须均匀。因此，必须要使基座的温度均匀。但是，对于通常的基座， 由于在周边部的放热量较大，所以基座的晶片支撑面的周边部的温度 容易变得相对较低。并且，与基座相对的喷淋头反射而入射到晶片的 热辐射，也是中央部相对较大。结果，实际上，晶片中央部的温度升 高，无法得到晶片面内的均匀温度分布。基于这种理由，为了在晶片面内得到均匀的温度，必须在基座的 中央部和周边部有意地改变向基座的热量输入。为了这种目的，己知 有下述技术将基座分为多个加热区，在每个加热区分别配置电阻加 热器，并分别控制各加热器的功率。然而，对于陶瓷制的基座，如果 中央部和周边部的温度差别过大，那么，热应力将导致在基座上产生 龟裂或发生破损。所以，仅凭这个技术，很难达到晶片面内的均匀的 温度分布。图21是使用现有的基座加热晶片时的晶片面内温度的测定 结果。如图21中的带有四边形标记的曲线所示，与周边部相比，中央 部的温度有升高的倾向。
为了解决上述的问题，有在基座的上面形成在基座的中央部最深， 并从中央部到周边部逐渐变浅的形状的凹部的提案(例如，参照日本特开2004-52098号公报)。通常，在成膜处理前对基座等的腔室内部件进行预涂敷，用于避 免该构成金属元素对晶片的污染。基座的预涂敷在基座没有载置晶片 的状态下实施，由此，在基座的含有晶片载置区域的整个表面形成预 涂膜。因此，来自基座表面的热辐射被全部抑制。通常，基座通过与其底面中央部相连的支撑部件连接于腔室底部。 基座的热量也因为通过该支撑部件的热传导而散失，但是，热传导量 并不因有无预涂膜而发生变化。预涂膜的形成导致来自基座表面的热 辐射被全部抑制，结果，通过支撑部件的热传导对基座的温度分布的 影响变大。因此，位于支撑部件附近的基座的中央部的温度，与其它 部分相比相对地大幅度降低，成为发生晶片面内温度不均匀的原因。为了解决这个问题，可以相对于负责加热周边部的加热器的发热 量，相对地增大负贲加热基座屮央部的加热器的发热贵。似是，如此 一来，如图21中的带有黑点的曲线所示，被预涂敷保温的且不太受通 过支撑部件的热传导引起的冷却的影响的基座中央部和周边部之间的 区域的温度升高，所以依然无法获得充分的面内温度均匀性。发明内容本发明的目的在于，提供一种即使在对支撑晶片的基板载置台实 施了预涂敷的情况下，也能够使晶片的面内温度均匀化的基板载置台 和具备该基板载置台的基板处理装置。为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种对基板进行热处理或一边加热基板一边进行规定的处理的基板处理装置，包括腔 室；对上述腔室内进行减压的排气单元；在上述腔室内支撑基板的基 板载置台；和通过上述基板载置台对基板进行加热的加热单元，其中， 上述基板载置台包括在上述基板载置台的中央部形成的支撑上述基 板的第一支撑面；在上述基板载置台的周边部形成的支撑上述基板的 第二支撑面；和在上述第一支撑面和上述第二支撑面之间形成的凹部， 在上述基板载置台上载置的上述基板与上述凹部的底面之间形成有间隙。本发明的第二方面提供了一种基板处理装置，包括用于在保持在 减压下的腔室内支撑基板、被加热单元加热，并利用该热对基板进行 加热的基板载置台，其特征在于，上述基板载置台包括在上述基板 载置台的中央部形成的支撑上述基板的第一支撑面、在上述基板载置 台的周边部形成的支撑上述基板的第二支撑面、在上述第一支撑面和 上述第二支撑面之间形成的凹部，在上述基板载置台上载置的上述基 板与上述凹部的底面之间形成有间隙。如上所述，在形成预涂敷层的情况下，基板载置台的中央部和基 板载置台周边部之间的中间区域的温度高于这些中央部和周边部的温 度。如果在中间区域形成凹部，那么该中间区域的基板载置台和基板 之间的间隙(距离)将变大。因此，在该中间区域中，基板载置台的 基板加热效果被抑制。所以，基板的中央部和周边部之间的中间区域 的温度下降，能够实现基板的面内温度均匀化。在基板载贾台上载置基板吋，从微观上观察，在基板载赏台与基 板之间形成微小的间隙。在这种状况下，基板的加热通过来自基板载 置台的热辐射和气体分子的热传导而进行。利用气体分子的热传递极 大地受到腔室内的压力的影响。并且，由于气体分子的热传导效果也 因气体压力(分压)而变化，所以优选按照处理时的气体压力(分压) 决定凹部的几何学的形状尺寸(形状、间隙的深度以及分布)。由此， 可以大幅度降低基板载置台的复杂的加热装置的必要性。即，没有必 要有意对基板载置台进行不均匀的加热，或者这种不均匀的加热被大 幅度减少。上述间隙的大小可以因位置而有所不同。或者，能够在上述凹部 的底面设置台阶差。在优选的一个实施方式中，上述凹部的底面具有配置成同心圆状 的多个环状区域，邻接的环状区域的高度(深度)互不相同。在一个典型的实施方式中，上述基板载置台，被连接于其中央部 的支撑部件支撑。优选设置有上述第一支撑面的区域与设置有上述支 撑部件的区域基本对应。在一个典型的实施方式中，上述加热单元具有埋设在上述基板载 置台内的电阻加热器。能够使用多个加热器作为加热单元，优选这些 多个加热器分别独立的进行供电控制。在优选的一个实施方式中，上 述加热单元包括在上述基板载置台的中央部配置的第一加热器、和 以包围上述第一加热器的方式配制的第二加热器。优选这些第一和第 二加热器分别独立的进行供电控制。


图1是本发明的一个实施方式的成膜装置的截面图。 图2是用于图1的成膜装置的、第一实施方式的基座的截面放大 示意图。图3是第二实施方式的基座的截面示意图。 图4是第三实施方式的基座的截面示意图。图5是第四实施方式的基座的截面示意图。 图6是第五实施方式的基座的截而示意图。 图7是第六实施方式的基座的截而示意图。 阁8是支撑部件的结构的截面示意图。 图9是显示加热器的配置的基座的水平截面图。 图IO是试验例中的基座的状态的模式示意图，(a)是无预涂敷的 状态、(b)是预涂敷的状态、(c)是形成凹部的基座的预涂敷状态。 图11是晶片内温度的测量结果的示意图。图12是间隙带来的温度降低率和腔室内压力的关系的示意图(有 预涂敷的情况)。图13是间隙带来的温度降低率和腔室内压力的关系的示意图(无 预涂敷的情况)。图14是间隙带来的温度降低率和加热器设定温度的关系的示意图 (有预涂敷的情况)。图15是间隙带来的温度降低率和加热器设定温度的关系的示意图 (无预涂敷的情况)。图16是基座上的凹部的制作顺序的流程示意图。图17是形成有凹部的基座的结构示意图。图18是形成有凹部的基座的结构示意图。
图19是有无凹部时的基座上的晶片面内的温度分布示意图。 图20是有无凹部时的基座上的晶片面内的温度分布示意图。 图21是使用现有的基座的情况下的晶片面内的温度的测定结果的示意图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的优选实施方式进行说明。 图1是本发明的第一实施方式的成膜装置的截面示意图。该成膜 装置100是用于形成TiN膜或Ti膜的装置，具有大致呈圆筒状的腔室 11。在腔室11的内部，用于水平支撑作为被处理基板的晶片W的圆 盘状的基座12配置为被设置于其中央下部的圆筒状的支撑部件13支 撑的状态。基座12，例如由八1203、 A1N等陶瓷制成，这里使用A1N。 如在后面详细说明的那样，在该晶片支撑面的中央部的外侧形成有凹 部12a。在基座12的外缘部设置有用于引导晶片W的导向环(guide ring) 14。此外，在基座12埋设有作为加热单元的加热器15a和加热器15b。 加热器15a构成为用于加热作为基座12的主体的中央部的电阻加热 器，通过供电线17a电连接于加热器电源16a。并且，加热器15b构成 为用于加热作为基座12的主体的周边部的电阻加热器，通过供电线 17b电连接于加热器电源16a。加热器15a和15b构成为例如线圈状加 热器或模式加热器(pattern heater)。这些加热器15a、 15b的电力供 给，是通过分别独立供电而控制加热温度的构成，由此将作为被处理 基板的晶片W加热到规定的温度。并且，在基座12配备有热电偶16b，通过检测基座12的温度并反 馈到加热器电源16a而进行温度控制。虽然在图中没有显示，但是在基座12的表面附近，埋设有由W、 Mo等金属或合金构成的电极，在进行等离子体处理时用于维持等离子 体的稳定性。并且，通过将高频电源连接于该电极并向该电极施加规 定频率的高频偏压，能够将成膜分子引入晶片W，有效地在孔内形成 膜。在腔室11的顶壁lla，通过绝缘部件19设置有喷淋头20。该喷
淋头20由上层块体20a、中层块体20b、下层块体20c构成。在下层 块体20c，交替形成有喷出气体的喷出孔27和28。在上层块体20a的 上面，形成有第一气体导入口 21、第二气体导入口 22。在上层块体20a 中，从第一气体导入口21分出多个气体通路23。在中层块体20b形成 有气体通路25，上述气体通路23通过水平延伸的连通路23a与这些气 体通路25连通。而且，该气体通路25与下段块体20c的喷出孔27连 通。并且，在上段块体20a中，从第二气体导入口 22分出多个气体通 路24。在中层块体20b形成有气体通路26，上述气体通路24与这些 气体通路26连通。而且，该气体通路26连接于在中层块体20b内水 平延仲的连通路26a，该连通路26a与下层块体20c的多个喷出孔28 连通。于是，上述第一和第二气体导入口 21、 22分别连接于气体管路 31禾卩32。虽然在这里没有图示，但是气体供给机构30包括成膜气体、载 体气体、清洁气体的气体供给源、气体配管以及质量流量控制器。在 工艺处理时，通过气体管路31和气体导入口 21向喷淋头20供给N2 气等的载体气体和作为含Ti气体的TiCU气体，通过气体管路32和气 体导入口 22，向喷淋头20供给&气等的稀释气体和作为还原气体的 NH/气体(形成TiN膜时)或H2气体(形成Ti膜吋)。从气体导入 口 21将导入喷淋头20内的TiCl/气体，经过气体通路23、 25从喷出 孔27向腔室11内喷出，另一方面，从气体导入口 22将导入喷淋头20 内的NH/气或H2气，经过气体通路24、 26从喷出孔28向腔室11内 喷出。即，喷淋头20是向腔室11内完全独立供给TiCl/气体和作为还 原气体的NH3气体或H2气体的后混合类型，这些气体在喷出后混合而 发生反应。此外，喷淋头20也可以是先混合类型。在腔室11的清洁 时，从气体供给机构30通过气体管路31和喷淋头20向腔室11内供 给例如C1F3气体作为清洁气体。在喷淋头20上通过匹配器33连接有高频电源34，根据需要从该 高频电源34向喷淋头20供给规定频率的高频电力。在形成Ti膽的情 况下，为了提高TiCU和H2的成膜反应的反应性，通过从高频电源34 供给高频电力，可以将通过喷淋头20向腔室11内供给的气体等离子 体化，进行等离子体CVD成膜。
在腔室11的底壁lib的中央部形成有圆形的孔35，在底壁lib 设置有向下突出以覆盖该孔35的凹状的排气室36。在排气室36的侧 面连接有排气管37，该排气管37连接有排气装置38。于是，通过该 排气装置38运行，可以将腔室ll内减压至规定的真空度。在基座12，设置有用于支撑晶片W进行升降的3根(图中仅显示 2根)晶片支撑销39，其相对于基座12的表面可以突出或没入。这些 晶片支撑销39被固定在支撑板40。于是，晶片支撑销39利用气缸等 的驱动机构41通过支撑板40进行升降。在腔室11的侧壁，设置有用于在未图示的邻接搬送室之间进行晶 片W的搬入和搬出的搬入搬出口 42、开关该搬入搬出口 42的闸阀43。在上述基座12的晶片支撑面的中央部的周围，形成有环状的凹部 12a。通过在基座12的晶片支撑面形成凹部12a，能够形成晶片W的 中央部、周边部、以及其间的中间区域(凹部形成区域)的温度差变 小的状态。由此，能够使晶片W的温度均匀化。即，如果形成凹部12a，则山于该部分的来自基座12的热传递被 抑制，所以与没有凹部12a的情况相比，温度容易升高的晶片W的中 间区域(晶片W的中央部和周边部之间)的温度能够降低。因此，通 过设置这种凹部12a，能够使晶片W的面内温度分布变均匀。这种情 况下，因为来自基座12的热传递的加热晶片W的效果随着基座12和 晶片W的距离(间隙)发生变化，所以能够在晶片W和基座12之间 设定凹部12a的形状、大小和深度(即间隙)，以能够形成使载置于 基座12的晶片W的面内温度均匀化的空间区域。优选将间隙设定为 1 mm以下，例如0.01 mm 1 mm的范围。在该凹部12a，与腔室11内的压力对应，在被载置的晶片W和基 座12之间形成有使被支撑的晶片W的面内温度变均匀的空间。于是， 该空间的内部压力与腔室11内的压力大致相同。凹部12a，例如如图2所示，在基座12的中央部的中央凸部12b 和基座12的周边部的周边凸部12c之间形成为深度均匀的槽。由此， 在中央凸部12b的顶部形成有支撑晶片W的中央部的第一支撑面S。 在周边凸部12c的顶部形成有支撑晶片W的周边部的第二支撑面SE。 凹部12a，调节从基座12到晶片W的热传递，使晶片W的面:内温度 均匀化。并且，通过以包围基座12的中央部的方式形成环状的凹部12a， 维持从该内侧的中央凸部12b到晶片W的中央部的热传递。在形成预 涂膜的情况下，虽然向支撑部件13放热的影响明显，基座12的中央 部的温度下降，伴随此晶片W的中央部的温度也下降，但是，通过形 成凹部12a，抑制从该部分到晶片W的热传递，能够降低晶片W的中 央部和周边部之间的中间区域的温度，使晶片面内的温度大致均匀。优选凹部12a形成为使中央凸部12b的直径D2与支撑部件13 的直径D,大致相等，或直径D2略大于直径D,。即，优选凹部12a的 内周端位于支撑部件13的外周的正上方或略微偏外的位置。由于中央 凸部12b是通过支撑基座12的下面的支撑部件13促进热量散发的部 分，所以优选中央凸部12b的而积大致对应于支撑部件13的截面积。 并且，也优选根据支撑部件13的截面积，决定凹部12a的面积。例如， 优选减小支撑部件13的截面积，减小热量的散失，因此也能够减小凹 部2a的形成区域。l-"l咅15 12a可以形成为在基座12的温度最容易升高的区域例如加 热器形成于内侧和外侧的两个区域的情况下，形成与内侧的加热器15a 重叠的凹部12a，或者也可以凹部12a与加热器15a和加热器15b之间 的区域重叠的方式形成。 '并且，凹部12a的外边缘，即与周边凸部12c的边界(周边凸部 12C的内周)虽然靠近基座12的径，但是优选设定为位于比晶片W的 外周靠近内侧1 30mm的位置。而且，只要晶片W的面内温度获得所期望的均匀性，凹部(槽) 的形状就不限定于图2所示的形状(凹部12a)。例如，如图3中的凹 部112a所示，可以沿着从基座12的中央部侧到周边部侧以曲面(例 如研钵状)地逐渐变浅，或如图4中的凹部112b所示，可以沿着从基 座12的中央部侧到周边部侧以阶梯状逐渐变浅。并且，例如如图5所示，可以形成为沿着从基座12的中央部侧到 周边部侧以直线状逐渐变浅的凹部112c，又如图6所示，可以形成截 面为V字形的凹部112d，其沿着从基座12的中央部侧到周边部侧暂 吋变深，然后越靠近周边部侧变得越浅。而且，也可以在凹部的底面形成环状的高低差(台阶差)，例如如
图7所示，可以设置凹部112e,其沿着从基座12的中央部侧向周边部 侧形成有第一底部113、第二底部114、第三底部115。这种情况下， 关于凹部112e的深度，第三底部115最浅，第二底部114最深，第一 底部113的深度介于第二底部114和第三底部115之间。能够通过使 用平面状的基座12，对晶片W进行加热，测定晶片W的温度分布而 决定各底部的深度。g卩，可以设定为在对应于晶片W面内的温度较 高的部分的基座12上的区域，凹部深则间隙大，而在对应于晶片W面 内的温度较低的部分的基座12上的区域，凹部浅则间隙小。此外，在图2 图7中，为了突出各凹部的深度而将其明显地画出。 并且，在图示的凹部12a、 112a、 112b、 112c、 112d、 112e中，优选事 先对构成各凹部角落的角部进行倒角加工。由于凹部12a (U2a、 112b、 112c、 U2d)的深度和向晶片W的 热传递量之问具有相关关系，而且腔室内的压力越大，气体分子带来 的热传递效率越高，所以即使凹部12a的深度相同，也容易向晶片W 传3热量。因此，只耍预先根据腔室内的气体压力，把握凹部12a的 深投(即，空问的高度)和热传递量的关系，就能够选择最适合该工 艺的凹部12a的深度和形状。并且，除了在基座12设置凹部12a，还可以如图1所示，区分为 内侧的加热器15a和外侧的加热器15b而配置加热器，分别控制各加 热器15a和15b的功率，进行温度分布的微调整，即使这样也不会因 此在基座12产生龟裂和破损，从而能够进行更高精度的温度控制。关 于加热器，也可以只配置单一的加热器，而不必如图1所示分别配置2 个加热器。而且，无论是加热器为一个的情况，还是为两个以上的情 况，都很难在例如300mm以上的大直径晶片W上维持面内温度的均 匀性，并且，由于基座的加热模式和线圈的匝数也很难调整，基座(陶 瓷加热器)的均热性的微调整也困难，所以如本发明所示，设置凹部 12a以进行晶片W面内的温度控制是特别有效的。图8是显示支撑部件13的内部结构的主要部分的截面图。支撑部 件13的主要构成包括支撑基座12的大致呈圆筒状的支撑体50，在 该支撑体50的下部配设的由镍、铝、SUS等材质构成的安装板51，以 及安装在该安装板51的端子盒52。
安装板51和由铝等材质构成的端子盒52，被例如螺丝等单元固 定，而且该安装板51通过按压环53而被固定。支撑体50和安装板51 ， 在支撑体50和安装板51的各个面通过面密封材料而被密封在一起， 安装板51与端子盒52的法兰52a通过0型环密封。由镍、铝、SUS 等的材质构成的端子盒52的法兰52a被未图示的固定单元气密地固定 在排气室36的底壁36a。支撑体50，可由具有优良的耐腐蚀性气体性和耐等离子体性的材 料，例如A1203、 A1N、 SiC或石墨等的陶瓷材料构成。这里，使用氮 化铝。在大致呈筒状的支撑体50的内部，配设有供电线17a、供电线17b 和向热电偶(TC) 16b供电的热电偶用供电线57。供电线17a、 17b， 其各自的周围被由绝缘材料(例如Ab03等的陶瓷等)形成的包覆部 54绝缘包覆。供电线17a、 17b的上部，贯通绝缘板55，插入基座12 内。而且，供i乜线17a、 17b和热『[i偶用供i乜线57以互相不接触的方 式被支搾。图9 (a)是埋设在基座12的加热器15a、 15b的配置例的水平截 而示意图。供电线17a的前端，在连接部18a、 18b与内侧的加热器15a 相连。并且，供电线17b，在基座12内向横方向弯曲，在连接部18c、 18d与外侧的加热器15b相连。热电偶用供电线57的上端插通至基座 12内。此外，作为埋设在基座12的加热器，可以使用如图9 (b)所示的 线圈加热器15c、 15d。内侧的线圈加热器15c，在连接部18e、 18f与 供电线17a的前端相连，并且，外侧的线圈加热器15d，在连接部18g、 18h与供电线17b的前端相连。供电线17a、 17b和热电偶用供电线57的下端，贯通安装板51和 端子盒52的壁，插入到端子盒52内。在该端子盒52内，供电线17a、 17b，和来自于加热器电源16a的连接端子58a、 58b连接。而且，在 图8中，符号56a是由绝缘材料(例如八1203等的陶瓷等)构成，固定 连接端子58a、 58b的固定具。同样，符号56b是由绝缘材料(例如 八1203等的陶瓷等)构成，固定供电线17a、 17b的固定具。接着，对这种成膜装置100的成膜工作进行说明。
首先，在腔室11内不存在晶片W的状态下，导入TiCU气体和 NH3气体等的还原气体，对基座12的表面进行预涂膜形成处理。在预涂敷处理结束后，停止供应TiCl/气体和还原气体，通过排气 装置38快速地对腔室11内部进行真空排气，抽到极限状态，然后打 开闸阀43，利用晶片搬送装置通过搬入搬出口 42将晶片W搬入腔室 11内，载置于基座12上。接着，向腔室11内供给N2气体，预加热晶 片W，在晶片的温度大致稳定时，以规定的流量导入N2气体、作为还 原气体的NH3气体或H2气体、以及TiCU气体。这时，向排气管路进 行提前送气之后，通过喷淋头20以规定流量向腔室11内导入上述气 体，将腔室ll内的压力维持在规定值，同时，通过从加热器电源16a 以规定的功率比分别向加热器15a、 15b进行供电，加热晶片W使面 内温度变得均匀。如此，在晶片W上形成TiN膜。这时，基板的加热 温度为400 700。C左右，优选为600。C左右。在形成Ti膜时，也可以 从高频电源34供给高频电力，将气体等离子体化。在如此形成等离子 体的情况下，山于气体的反应性较高，所以能够优选晶片W的温度为 300~700°C，进一步优选为400 600°C左右。接着，参照图io和图ll，对确认本发明效果的试验结果进行说明。 图10 (a)表示在现有的基座120上形成预涂膜之前的状态，图10 (b) 表示在现有的基座120上形成预涂膜的状态，图10 (c)表示在形成有 凹部12a的基座12上形成预涂膜的状态。各图中的数字l、 3、 5、 7、 9、 11和13，指的是使用安装有热电偶(TC)的晶片测定晶片W上的 温度时的测定点，与图11的各测定点相对应。点1是晶片W的中央 部，点11和点13是晶片W的周边部。并且，图10 (a) (c)的白 色箭头表示从基座12放出的热量的大小，黑色箭头表示从基座12到 晶片W的传热量的大小。首先，如图10 (a)所示，如果按照预涂膜形成时的功率比，对没 有形成预涂膜的基座120进行温度控制，那么，如上述的图21中的四 边形符号的曲线所示，晶片W的温度分布将成为周边部(测定点ll、 13)低，中央部(测定点1、 3、 5)高的热分布，晶片W的中央部和 周边部的温度差(最大温度和最小温度的差)为15。C左右。理由如下 所述。
首先，对基座120的中央部和周边部进行比较，由于周边部的每 单位面积的表面积大于中央部，所以热放射量多，温度不均匀。并且， 在实际的成膜装置内，晶片W也接受来自与基座120相对的喷淋头20 的热反射，相对于晶片W，来自相对的喷淋头20的热反射的立体角， 在中央部大，在周边部小。所以，晶片W的中央部受到更大的热反射， 相对地温度较高，而与此同时，周边部受到的热反射小，相对地温度 较低。由于这些原因，基座的均热性(晶片W的面内均匀性)恶化。接着，如图10 (b)所示，在对晶片支撑面为平面状的基座120 进行预涂敷处理，形成预涂膜121的情况下，由于来自基座120表面 的辐射热、来自喷淋头20的热反射均减少，所以晶片W的面内温度 均下降。然而，晶片W的中央部(测定点l)，与周边部(测定点ll、 13)之问的中间区域(测定点3、 7和测定点5、 9)相比，温度降低显 著，呈现晶片W的中央部和周边部的温度低，两个中间区域的温度高， 直径方向上有两个峰型的面内温度分布。即，即使控制功率比使晶片 W的而内温度分布均匀，也将形成如图11中的黑点标记的曲线所示的 不均匀的温度分布。这是因为，由于在与支撑部件13的连接部无法形 成预涂膜121，所以在该部分从基座120向支撑部件13的散热较大。 即，向支撑部件13的散热(通过支撑部件13的热传导和向着支撑部 件13的内部空间的热辐射)使基座120的中央部的温度降低，这是反 映到晶片W的面内温度的结果。在没有形成预涂膜的状态[图lO(a)]， 由于来自基座120的热辐射和来自喷淋头20的热反射较大，因而向支 撑部件的散热对晶片W的面内温度分布的影响还不是很明显，但是， 在预涂膜形成后[图10 (b)]的基座120，热辐射和热反射均受到抑制， 向支撑部件13的热传递和向支撑部件13内部的热辐射就显得很大， 结果认为影响就很明显了。在本发明的一个实施方式的基座12中，如图10 (c)所示，对应 于晶片W的中央部和周边部之间的中间区域(测定点3、7和测定点5、 9)，以环状设置槽即凹部12a，。在凹部12a，由于在基座12的晶片支 撑面和晶片W之间形成有空间，所以向着晶片W的中间区域的热传 递被抑制。即，与其他的区域相比，在凹部12a，从基座12到晶片W 的热传递变小。
所以，如图ll中的白点所示，即使在预涂敷状态，也能够将中间 区域的温度降低到与晶片W的中央部和周边部相同的程度。并且，如 上所述，通过调节凹部的形状或深度、腔室内的压力等，能够精确地 将晶片W的面内温度均匀化。接着，参照图12 图20，对本发明的其他实施方式进行说明。 首先，通过形成凹部而产生的从基座12到晶片W的传热量减小 的效果，被凹部的深度(即，从凹部的底到晶片W背面的距离；间隙)、 腔室内的压力、基座12的加热器15a、 15b的设定温度、预涂敷的有 无等原因所左右。因此，按照以下的条件，进行试验，研究在使用与 图1中所示的构成相同的成膜装置100时，问隙导致的温度降低率受 预涂敷的有无、腔室内的压力、和基座12的设定温度的影响到何种程 度。这里，"温度降低率"是指，用每lmm凹部深度的温度表示相对 于在基座12没有形成凹部时的晶片W上的某个测定点的温度，在有 凹部形成时的相同测定点的温度减少到何种程度。该温度降低率，如 下算出。首先，从在基座12上载置安装有TC的晶片的状态，通过晶片支 撑销39使安装有TC的晶片缓慢上升，一边改变与基座12表面的距离， 一边进行温度计测。然后，测定在安装有TC的晶片从基座12完全离 开的状态下的温度下降，从该温度下降基于下式计算温度降低率温度下降[。C]/安装有TC的晶片和基座的距离(mm)=温度降低 率
。〈试验条件〉气体流量(气体导入口21): N21800mL/min (sccm) 气体流量(气体导入口22): N21800mL/min (sccm) 加热器功率比(加热器15a/加热器15b) =1.00/0.85 腔室内的压力100Pa、 260Pa、 400Pa、 666Pa、 lkPa 加热器设定温度300°C、 400°C、 500°C、 600°C、 650°C、 680° C、 700。 C图12和图13是间隙带来的温度降低率PC/mm]与腔室内的压力 的关系示意图，图12是有预涂敷的情况，图13是没有预涂敷的情况。 从图12和图13可以看出，不管是否有预涂敷，只要腔室内的压力升
高，间隙带来的温度降低率[ec/mm]的绝对值就变大。并且，所有的 倾向均为基座12的设定温度越高，就越能看出间隙带来的温度降低 率的压强依赖性，压强越高，温度降低率的绝对值就越增加。图14和图15是间隙带来的温度降低率[。C/mm]和基座12的设定 温度的关系的示意图，图14是有预涂敷的情况，图15是没有预涂敷 的情况。从图14可知，在有预涂敷的情况下，基座12的设定温度直 到50(TC 600。C左右时，间隙带来的温度降低率[。C/mm]的绝对值仍一 直在增加，然而， 一旦超过该温度，温度降低率[。C/mm]的绝对值就达 到了极限。并且，从图15可知，在没有预涂敷的情况下，基座12的 设定温度为40(TC 600。C以上吋，温度降低率[。C/mm]的绝对值就达到 了极限。于是，从图14和图15可知，处理压强越小，间隙带来的温 度降低率[。C/mm]就越具有迅速达到极限的倾向。基于以上的基础试验的结果，按照图16所示的顺序，决定在基座 12形成的凹部的形状。此外，在以下的顺序中，通过使用安装有TC (热ili偶)的品片的 直接测定和使用温度监视用晶片的间接测定，进行晶片W的温度测定。 该温度监视用晶片是通过向半导体晶片以离子状态注入杂质而制成的 晶片(例如，参照日本特开2000-208524号公报、日本特开2004-335621 号公报)，能够通过测定其片材电阻间接地测定晶片的温度。首先，使用温度监视用晶片，对晶片W上的多个(例如5 17个) 点进行温度测定(步骤S1)。加热条件有两种，分别为基座设定温度 680"C、腔室内的压力260Pa (条件1)和基座设定温度650°C、腔室 内的压力666Pa (条件2)。接着，决定形成凹部的区域(步骤S2)。这时，根据防止在晶片 W的背面产生堆积物的观点，不削去基座12的周边部。具体地说，例 如，以从晶片W的外周向内侧1 30mm的宽度形成晶片支撑面(第二 支擇面Se)的方式，保留基座12的周边部。并且，为了在高温时晶片 W发生弯曲的情况下防止凹部的功能无法充分发挥，不削去基座12的 中央部，以形成第一支撑面(Sc)。这种情况下，基座中央部的非切削 区域(中央凸部)的范围，和支撑基座12的支撑部件13的直径相等， 或稍大。接着，针对任意的测定点，求出利用温度监视用晶片而得到的测 定值和实际上利用安装有TC的晶片测出的测定值之间的相关关系，决 定修正值，将该修正值用于所有的测定点，掌握所有测定点的正确温度(步骤S3)。这时，利用安装有TC的晶片测出的温度，在图19和 图20中以涂黑的点(黑圆点或黑菱形)表示。其中，在图19和图20 中，横轴表示晶片上的直径方向位置，0 (零)表示晶片中心部。接着，参照如图12 图15所示的温度降低率的基础试验数据，决 定各测定点的削去量，使削去部分(形成凹部的区域)的温度和没有 形成凹部的区域的温度相同(步骤S4)。这时的削去量，能够根据下面 所示的公式算出。削去量(mm)=温度差/温度降低率这里，"温度差"是指形成凹部的预先决定的区域的温度和没有形 成l"l部的区域的温度差。于是，将在例如周方向(基座12上的同心圆 上的位置)上的必耍的削去量平均，作为削去量。在如此决定形成ILil部的区域和其削去量之后，通过切削加工基座 12，能够制造出具有凹部的基座12 (步骤S5)。按照以上的步骤Sl 步骤S5的顺序而制作的基座12的结构如图 17和18所示。该基座12，形成有沿着从基座12的中央部侧到周边部 侧，形成具有第一底部113、第二底部114、第三底部115的凹部112e。 这里，中央凸部12b的半径L,是45mm，在凹部112e，第一底部113 的直径方向的宽度L2为30mm，第二底部114的直径方向的宽度"为 25mm，第三底部115的直径方向的宽度U为25mm，周边凸部12c的 直径方向宽度L5为25mm。并且，在凹部112e，第一底部113的间隙G,为0.05mm，第二底 部114的间隙G2为0.13mm，第三底部115的间隙G3为O.lmm。使用以这种形状形成有凹部112e的基座12，按照上述条件1、 2， 加热安装有TC的晶片，实施温度测定。该结果在图19个图20中以空 心的点(白圈或白菱形)表示。从图19和图20的涂黑的点(没有凹 部)和空心的点(形成凹部)的比较可知，在空心的点，晶片W的中 央部和周边部之间(中间区域)的温度下降，面内温度均匀。所以， 可以确认通过形成凹部112e，能够减小晶片面内的温度差。 此外，本发明并不限定上述实施方式，可以进行各种变形。例如， 在上述实施方式中，虽然示范了将本发明用于形成TiN、 Ti膜以及形成W膜的情况，但是并不限定于这些膜，可以用于其他的CVD膜的成膜。此外，也不限于成膜，只要是需要加热的处理都可以适用。并 且，也可以用于仅进行加热处理的装置。而且，虽然示范了使用半导 体晶片作为基板的情况，但是并不限定于此，也可以适用于其他的基板，例如液晶显示装置(LCD)用的玻璃基板等。这种情况下，由于 伴随着基板的大型化，必须要使用具备多个加热器的大型的载置台， 所以能够通过形成凹部，调节温度，以达到大型基板的面内温度均匀 化的优点将非常明显。
权利要求
1.一种基板处理装置，用于对基板进行热处理或一边加热基板一边进行规定的处理，包括腔室；对所述腔室内进行减压的排气单元；在所述腔室内支撑基板的基板载置台；和通过所述基板载置台对基板进行加热的加热单元，所述基板载置台包括在所述基板载置台的中央部形成的支撑所述基板的第一支撑面在所述基板载置台的周边部形成的支撑所述基板的第二支撑面；和在所述第一支撑面和所述第二支撑面之间形成的凹部，在所述基板载置台上载置的所述基板与所述凹部的底面之间形成有间隙。
2. 根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于 所述间隙的大小因位置而不同。
3. 根据权利要求2所述的基板处理装置，其特征在于 在所述凹部的底面设有台阶。
4. 根据权利要求3所述的基板处理装置，其特征在于 所述凹部的底面具有配置成同心圆状的多个环状区域，邻接的环状区域的高度互不相同。
5. 根据权利要求l所述的基板处理装置，其特征在于 所述基板载置台通过与其中央部连接的支撑部件而被支撑。
6. 根据权利要求5所述的基板处理装置，其特征在于 设置有所述第一支撑面的区域，与设置有所述支撑部件的区域基本对应。
7. 根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于 所述加热单元具有埋设在所述基板载置台内的电阻加热器。
8. 根据权利要求l所述的基板处理装置，其特征在于 所述加热单元具有多个加热器。
9. 根据权利要求1所述的基板处理装置，其特征在于 所述加热单元包括在所述基板载置台的中央部配置的第一加热器；和 以包围所述第一加热器的方式配置的第二加热器。
10. —种基板处理装置，包括用于在保持在减压下的腔室内支撑 基板、被加热单元加热，并利用该热对基板进行加热的基板载置台， 其特征在于，所述基板载置台包括在所述基板载置台的中央部形成的支撑所述基板的第一支撑而； 在所述基板载置台的周边部形成的支撑所述基板的第二支撑而；禾n在所述第一支撑而和所述第二支撑面之间形成的凹部， 在所述基板载置台上载置的所述基板与所述凹部的底面之间形成 有间隙。
11. 根据权利要求IO所述的基板处理装置，其特征在于 所述间隙的大小因位置而不同。
12. 根据权利要求ll所述的基板处理装置，其特征在于 在所述凹部的底面设有台阶差。
13. 根据权利要求12所述的基板处理装置，其特征在于 所述凹部的底面具有配置成同心圆状的多个环状区域，邻接的环状区域的高度互不相同。
14. 根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于 所述基板载置台通过与其中央部连接的支撑部件而被支撑。
15. 根据权利要求14所述的基板处理装置，其特征在于 设置有所述第一支撑面的区域与设置有所述支撑部件的区域基本对应。
16. 根据权利要求IO所述的基板处理装置，其特征在于 所述加热单元具有埋设在所述基板载置台内的电阻加热器。
17. 根据权利要求IO所述的基板处理装置，其特征在于 所述加热单元具有多个加热器。
18. 根据权利要求10所述的基板处理装置，其特征在于 所述加热单元包括在所述基板载置台的中央部配置的第一加热器；和 以包围所述第一加热器的方式配置的第二加热器。
全文摘要
本发明提供了一种即使在实施预涂敷的情况下，也能够使其上的晶片的温度均匀的基座和具备该基座的基板处理装置。在基座(12)的晶片支撑面的中央部和周边部之间的中间部，形成有环状的凹部(12a)。通过设置凹部，在该中间部抑制因来自基座的热辐射而导致的基板加热效果。凹部的几何学的形状尺寸根据腔室内的压力而决定。
文档编号H01L21/683GK101164156SQ20068001296
公开日2008年4月16日 申请日期2006年8月4日 优先权日2005年8月5日
发明者村上诚志, 生越启 申请人:东京毅力科创株式会社