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 -8 抽真空至例如 10 Torr 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 ： -4 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 Torr 左右， 而 -8 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 Torr 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。