CN111386599B - 真空处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种真空处理装置，其设置为即使在真空处理中存在从热板以外给被处理基板的热输入时，也可将被处理基板控制在规定温度。本发明的真空处理装置(SM)，其包括：真空室(1)，其可形成真空气氛；以及台架(4)，其在真空室内支撑被处理基板(Sw)；台架具有：基台(41)，其选择性地被冷却；卡板(42)，其设置在基台上，对被处理基板进行静电吸附；以及热板(43)，其间隔设置在基台和卡板之间；所述真空处理装置将静电吸附在卡板表面的被处理基板自由控制在室温以上的规定温度，在基台和热板之间，还具有隔热板(44)，其抑制从热板向基台的传热，在基台和隔热板之间，设置有高辐射率层(45)，其具有比基台的上表面高的辐射率。

Description

真空处理装置
技术领域
本发明涉及一种具有可形成真空气氛的真空室和在真空室内支撑被处理基板的台架的真空处理装置。
背景技术
例如在半导体器件的制造工序中，存在对硅晶片等被处理基板实施成膜处理和蚀刻处理这类真空处理的工序。作为在这样的真空处理中使用的真空处理装置，例如在专利文献1中已知，其具有可形成真空气氛的真空室和在真空室内支撑被处理基板的台架。其中，台架具有：基台，其选择性地被冷却；卡板，其设置在基台上，对被处理基板进行静电吸附；以及热板，其间隔设置在基台和卡板之间(卡板和热板也可一体成型)；以便可在真空处理中将被处理基板控制在室温以上的规定温度(例如300℃)。再有，其中，为了通过热板有效地加热被处理基板，在基台和热板之间还设置有绝缘材料制成的隔热板，抑制从热板向基台传热(散热(熱引け))。
然而，在上述真空处理装置中，存在例如像溅射装置这样，在真空室内产生等离子体，使通过靶的溅射而产生的溅射粒子堆积附着，实施成膜处理的装置。此时，在被处理基板中，存在因等离子体和被处理基板中入射的溅射粒子所带有的能量导致的来自热板以外的热输入。如此，即使在真空处理中将被处理基板控制在室温以上的规定温度(例如300℃)，也存在被处理基板被加热到控制温度以上的情况，这样就存在对形成的薄膜的质量等带来不利影响的可能。
因此，在被处理基板被加热到控制温度以上时，要使热板的温度尽快下降，需要停止或降低给热板的通电电流，并从热板向冷却的基台散热。但是，像上述以往例子那样，在热板和基台之间有隔热板的话，则热板和基台之间的热移动是辐射占支配地位。因此，存在下述问题：从热板排放的热射线(例如波长4μm以下的红外线)透过隔热板在基台的上表面反射，反射的热射线再次回到热板，即使停止或降低给热板的通电电流，热板的温度在早期也无法下降。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利特表2018-518833号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
本发明是鉴于以上情况而产生的，其目的是提供一种真空处理装置，其设置为即使在真空处理中存在从热板以外给被处理基板的热输入时，也可将被处理基板控制在规定温度。
解决技术问题的手段
为了解决上述技术问题，本发明的真空处理装置，其特征在于，包括：真空室，其可形成真空气氛；以及台架，其在真空室内支撑被处理基板；台架具有：基台，其选择性地被冷却；卡板，其设置在基台上，对被处理基板进行静电吸附；以及热板，其间隔设置在基台和卡板之间；所述真空处理装置将静电吸附在卡板表面的被处理基板自由控制在室温以上的规定温度，在基台和热板之间，还具有隔热板，其抑制从热板向基台的传热，在基台和隔热板之间，设置有高辐射率层，其具有比基台的上表面高的辐射率。
采用本发明，由于在基台和隔热板之间设置了高辐射率层，因此从热板排放的热射线被高辐射率层吸收，传递给基台。故此，如果停止或降低给热板的通电电流，可在早期使热板的温度下降。从而，即使在真空处理中有从热板以外给被处理基板的热输入时，也可将被处理基板控制在规定温度。
在本发明中，优选所述高辐射率层例如对波长4μm以下的热射线(红外线)的辐射率是0.49以上。在该范围之外时，存在不能有效吸收从被处理基板排放的热射线的问题。此时，通过用AlxTi1-xN膜(0.1≦x≦0.95)来构成所述高辐射率层，能可靠地将所述高辐射率层的辐射率设置在0.49以上。
然而，已知与来自热板的中央部的热射线排放量相比，来自外周部的热射线排放量更多，在将高辐射率层形成为覆盖基台的上表面的整面时，与热板的中央部相比，外周部的温度变低，在热板的中央部和外周部之间容易产生温度差。因此，在本发明中，通过将所述高辐射率层形成为覆盖除所述基台的上表面的外周部以外的部分，可抑制在热板的中央部和外周部之间产生温度差，是有利的。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的溅射装置的剖视示意图。
图2是图1的局部剖视放大图。
图3是示出本发明的变形例的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，以用磁控管式的溅射装置作为真空处理装置，用硅晶片(下称“基板Sw”)作为被处理基板，在基板Sw表面上形成规定的薄膜的情况为例，说明本发明的真空处理装置的实施方式。在下述中，表示“上”、“下”这类方向的用语以图1所示的作为真空处理装置的溅射装置的设置姿态为基准。
参照图1，SM是本实施方式的溅射装置。溅射装置SM具有可形成真空气氛的真空室1。真空室1的上表面开口处装卸自如地安装有阴极单元2。阴极单元2由靶21和磁体单元22构成，该磁体单元22配置在该靶21上方。作为靶21，根据要在基板Sw表面形成的薄膜，使用铝、铜、钛和氧化铝等公知产品。并且，靶21在接合在背板21a上的状态下，以溅射面21b朝向下方的姿态，间隔设置在真空室1的上壁的绝缘体11，安装在真空室1的上部。
在靶21上连接来自溅射电源21c的输出21d，可根据靶种类施加例如带有负电位的规定电功率和规定频率的高频电功率，其中溅射电源21c根据靶种类由直流电源、交流电源等构成。磁体单元22是一种在靶21的溅射面21b的下方空间中产生磁场，捕捉溅射时在溅射面21b的下方电离的电子等，使从靶21飞散的溅射粒子有效地离子化的具有公知的闭合(閉鎖)磁场或勾形(カスプ)磁场结构的装置，此处省略详细说明。
在真空室1的下部，与靶21相对地配置有台架4。台架4具有：基台41，其间隔绝缘体32设置，具有筒状轮廓，由金属制成(例如SUS制成)，该绝缘体32设置在真空室1的下部；以及卡板42，其设置在该基台41上。基台41上形成有冷媒循环通道41a，其中循环由图外的制冷单元供给的冷媒，可选择性地进行冷却。卡板42具有比基台41的上表面小一圈的外径，内置有静电卡盘用的电极。当从图外的卡盘电源向该电极施加电压时，基板Sw静电吸附在卡板42上表面。再有，在基台41和卡板42之间，例如间置氮化铝制成的热板43。热板43中例如组装有加热器等加热装置43a。通过由电源43b向该加热装置43a通电，可使热板43加热到与通电电流对应的规定温度(例如300℃～500℃)。并且，通过热板43的加热和冷媒循环对基台41的冷却，可将基板Sw控制在室温以上的规定温度(例如350℃)。此处，为了抑制从被加热的热板43向被冷却的基台41传热，在基台41和热板43之间设置隔热板44，其与热板43的上表面轮廓一致，例如由石英和蓝宝石等绝缘材料制成。
在真空室1的侧壁上连接有导入溅射气体的气体管5，气体管5经质量流量控制器51与省略图示的气源连通。溅射气体中不止包含在真空室1内形成等离子体时导入的氩气等稀有气体，还包含氧气和氮气等反应气体。在真空室1的下壁上连接有与真空泵61连通的排气管62，将真空室1内抽真空，在溅射时，可在导入溅射气体的状态下将真空室1保持在规定压力，其中，该真空泵61采用涡轮分子泵、旋转泵等构成。
真空室1内在台架4的周围，留有间隔地设置有压盘环7，其作为防护板发挥作用，通过覆盖热板43上表面的外周部分43c，防止因靶21的溅射而产生的溅射粒子对该部分43c的附着。压盘环7是由氧化铝、不锈钢等公知材料制成的，间隔绝缘体33地设置在基台41上表面的外周部分处。再有，真空室1内设置有防护板8，其防止溅射粒子对真空室1的内壁面的附着。防护板8采用分别由氧化铝、不锈钢等公知材料制成的上防护板81和下防护板82构成。上防护板81具有筒状轮廓，通过设置在真空室1上部的锁定部11而悬吊设置。下防护板82也具有筒状轮廓，在其径向外侧的自由端形成有朝向上方立起的立壁部82a。下防护板82与来自电机、气缸等驱动单元83的驱动轴83a连接，该驱动轴83a贯通真空室1的下壁而延伸。通过驱动单元83，下防护板82在成膜位置和运送位置之间上下移动，其中，该成膜位置是实施溅射成膜的位置，该运送位置比成膜位置高，并且是通过图外的真空机器人实施将基板Sw传送到台架4的位置。在下防护板82的成膜位置处，设置为上防护板81的下端部和立壁部82a的上端部彼此在上下方向上重叠。
在上下方向上正交并延伸的下防护板82的平坦部82b尺寸设置为其径向的内向部与压盘环7相对。在平坦部82b下表面的规定位置上形成有例如一个环形突条82c。与各突条82c对应地，在压盘环7的上表面上形成有环形的凹槽71。并且，在成膜位置处，通过平坦部82b的突条82c和压盘环7的凹槽71形成所谓的迷宫密封，可在基板Sw的周围防止溅射粒子转入位于下防护板82下方的真空室1内的空间。再有，溅射装置SM具有公知结构的控制单元，其中具有微型计算机、存储元件和定序器等，该控制单元统一执行溅射电源21c、电源43b、质量流量控制器51和真空泵61等的溅射时的各部件的控制等。再有，控制单元在降低热板43的温度时，执行停止或降低从电源43b给加热装置43a的通电电流的控制。下面以使用铝作为靶21，通过上述溅射装置SM在基板Sw表面形成铝膜的情况为例，说明成膜方法。
运转真空泵61将真空室1内真空排气后，在下防护板82的运送位置，通过图外的真空运送机器人将基板Sw运送到台架4上，将基板Sw载置于台架4的卡板42上表面。在真空运送机器人退开后，将下防护板82移动到成膜位置，并且从图外的电源向卡板42的电极施加规定电压，将基板Sw静电吸附在卡板42上表面。与之配合，通过从电源43b向热板43的加热器43a通电来加热热板43，并且通过冷媒对冷媒循环通道41a的循环来冷却基台41。在基板Sw的温度达到室温以上的规定温度(例如350℃)时，以规定的流量导入作为溅射气体的氩气(此时的真空室1内的压力是0.5Pa)，与之配合地从溅射电源21c向靶21施加带有负电位的规定电功率(例如3kW～50kW)。由此，在真空室1内形成等离子体，用等离子体中的氩气的离子对靶21的溅射面21b进行溅射，来自靶21的溅射粒子堆积附着在基板Sw上，形成铝膜。
由此，如上所述地，基板Sw上存在因等离子体和基板Sw中入射的溅射粒子所带有的能量导致的来自热板43以外的热输入，有时即使在成膜过程中将基板Sw控制在规定温度(例如350℃)，基板Sw也会被加热到该控制温度以上(例如390℃)。此时，需要停止或降低从电源43b给热板43的通电电流，并且从热板43向基台41散热，但是由于存在隔热板44，因此热板43和基台41之间的热移动是辐射占支配地位，热板43的温度在早期不会降低。
因此，在本实施方式中，也参照图2，在基台41和隔热板44之间设置辐射率比基台41的上表面高的高辐射率层45，提高热板43的辐射冷却效果。该高辐射率层45例如由AlxTi1-xN膜(0.1≦x≦0.95)构成，以便例如对波长4μm以下的热射线(红外线)具有0.49以上的辐射率。AlxTi1-xN膜由于在吸收热射线时的排放气体少，因此可很好地用作高辐射率层45。此外，如果采用AlxTi1-xN膜(0.8≦x≦0.95)构成高辐射率层45，则可将高辐射率层45的辐射率设置在0.6以上，更为优选。高辐射率层45虽然只要形成在基台41上表面或隔热板44下表面上即可，但与隔热板44下表面相比，形成在基台41上表面上可更有效地将高辐射率层45吸收的热射线传递给基台41。作为高辐射率层45的形成方法，由于可使用溅射法和真空蒸镀法等公知方法，故此处省略详细说明。
采用以上的实施方式，由于在基台41和隔热板44之间设置了高辐射率层45，因此可用高辐射率层45来吸收从热板43排放的热射线，将吸收的热量传递给基台41。就是说可通过高辐射率层45提高热板43的辐射冷却效果，实现从热板43向基台41散热。因此，如果停止或降低从电源43b给热板43的通电电流，可在早期就降低热板43的温度。从而及时在成膜过程中存在来自热板43以外的热输入时，也可将基板Sw控制在规定温度。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不仅限于上述实施方式，只要不脱离本发明的主旨，可进行各种变形。例如，在上述实施方式中，以使用溅射装置SM作为真空处理装置的情况为例进行了说明，但并不限于此，只要真空处理装置在真空室1内设置有台架4且该台架4在具有热板43和基台41之间具有隔热板44即可，本发明也可适用例如干蚀刻装置，CVD装置和热处理装置中。
再有，在上述实施方式中，卡板42和热板43是分体构成的，但也可在卡板42中内置加热单元，使卡板42和热板一体构成。
而且，已知与来自热板43的中央部的热射线排放量相比，来自外周部的热射线排放量更多，在将高辐射率层45形成为覆盖基台41上表面的整面时，与热板43的中央部相比，外周部的温度变低，在热板43的中央部和外周部之间容易产生温度差，如此，可能无法在基板Sw表面的整面上均匀地实施真空处理。因此，如图3所示，通过将高辐射率层45形成为覆盖除基台41上表面的外周部分41b以外的部分，可抑制在热板43的中央部和外周部之间产生温度差，是有利的。
再有，在上述实施方式中，例如，以使用AlxTi1-xN膜(0.1≦x≦0.95)作为高辐射率层45的情况为例，进行了说明，但并不仅限于此，也可通过对基台41上表面或隔热板44下表面实施热喷涂和成膜等表面处理，形成由Al2O3等非金属膜、Ti热喷涂膜构成的高辐射率层。
附图标记说明
SM.溅射装置(真空处理装置)、1.真空室、4.台架、41.基台、42.卡板、43.热板、44.隔热板、45.高辐射率层，AlxTi1-xN膜。

Claims (4)

1.一种真空处理装置，其特征在于：
包括：真空室，其可形成真空气氛；以及台架，其在真空室内支撑被处理基板；台架具有：基台，其选择性地被冷却；卡板，其设置在基台上，对被处理基板进行静电吸附；以及热板，其间隔设置在基台和卡板之间；所述真空处理装置将静电吸附在卡板表面上的被处理基板自由控制在室温以上的规定温度，
在基台和热板之间，还具有隔热板，其抑制从热板向基台的传热；
在基台和隔热板之间，设置有高辐射率层，其具有比基台的上表面高的辐射率，
高辐射率层的辐射率对于波长4μm以下的热射线是0.49以上。
2.根据权利要求1所述的真空处理装置，其特征在于：
所述高辐射率层的辐射率是0.49以上。
3.根据权利要求1或2所述的真空处理装置，其特征在于：
所述高辐射率层由AlxTi1-xN膜(0.1≦x≦0.95)构成。
4.根据权利要求1或2所述的真空处理装置，其特征在于：
所述高辐射率层形成为覆盖除基台上表面的外周部以外的部分。
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