专利名称：基板保持构件以及基板处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在基板处理装置中用于保持被处理基板的基板保持构件、以及采用了该基板保持构件的基板处理装置。
背景技术：
在CVD(化学气相淀积)装置、等离子体CVD装置、热处理装置、蚀刻装置等基板处理装置中，为了保持被处理基板而在处理容器内部设有基板保持构件。这种基板保持构件包括保持被处理基板的基板保持台、和支承上述基板保持台的支柱。在基板保持台的内部设有用来将基板加热到规定温度的加热机构。
在包含等离子体CVD装置在内的CVD装置以及热处理装置中，在基板处理时，需要将被处理基板加热到400℃以上，根据情况的不同有时需要加热到600℃以上的温度。伴随着这样的加热，在基板保持台上会产生较大的温度梯度。
基板保持台，一般是由AlN等耐腐蚀性优异的陶瓷形成的。一旦在基板保持台上产生由温度梯度引起的热应力，则基板保持台可能破损。
在特开平2002-373837号公报中公开了解决上述问题的方案。图1概略表示在特开平2002-373837号公报中记载的基板保持构件的整体，图2概略表示上述基板保持构件中的基板保持台和支柱的接合部附近。
参考图1可知，基板保持台10保持在支柱11上，在支柱11的与基板保持台10接合的接合部上形成有凸缘部11A。参考图2可知在从支柱11的主体部向着凸缘部11A过渡的过渡部上形成有曲面部11B，从而缓和过渡部上热应力的集中。此外，在基板保持台10的凸缘部11A侧形成有厚壁的接合部10A，该厚壁的接合部10A具有由曲面10B区划成并向凸缘部11A连续地过渡的外形。
根据图1以及图2的结构，通过将基板保持台10的其它部分形成得比厚壁的接合部10A薄，而减少在基板保持台10内传递的热传导量，此外，通过将厚壁的接合部10A的侧壁面作成向着凸缘部11A的侧壁面连续地过渡的曲面，而避免接合部处的热应力集中。
另外，作为该技术领域中的现有技术文献，其他还有特开2000-169268号公报、特开2000-290773号公报、特开2002-184844号公报、特开平5-101871号公报以及特开平7-230876号公报。
在上述特开平2002-373837号公报中公开有一种基板保持构件，这种基板保持构件中除基板保持台10背面中的厚壁的接合部10A之外，几乎整个面都需要进行磨削加工。但是，由于基板保持台10是由AlN等不易磨削的陶瓷材料构成，所以这样大面积范围内的磨削加工会导致基板保持构件的制造成本大幅增加。
另一方面，在不这样进行基板保持台10的磨削加工的情况下，因为在基板保持台10中产生温度梯度，所以在凸缘部11A和基板保持台10的边界部会引起热应力集中，由此产生基板保持台10破损的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可廉价制造、且可抑制热应力集中的基板保持构件以及采用了该基板保持构件的基板处理装置。
本发明的另一目的在于抑制基板保持台上产生的温度梯度。
为了实现上述目的，本发明提供一种基板保持构件，其具备支柱，在上端部上形成有凸缘部；基板保持台，接合于上述凸缘部，其特征在于，上述基板保持台包括加热机构，在上述基板保持台的下表面上，形成有沿着上述凸缘部的外周面延伸的U字型槽，上述U字型槽的内周面和上述凸缘部的外周面以形成连续的单一面的方式连接。
在优选的一实施方式中，在以截面观察的情况下，上述U字型槽的内周面的轮廓线的上述凸缘部侧的端部、和上述凸缘部的外周面的轮廓线，位于沿着铅直方向延伸的单一线段上。
在优选的一实施方式中，上述基板保持构件是通过分别形成上述凸缘部以及上述基板保持台之后、将它们接合而制造的，上述凸缘部和上述基板保持台的接合面，位于与上述沿着铅直方向延伸的单一线段对应的范围内。
在优选的一实施方式中，上述凸缘部的内周面形成为倾斜面，该倾斜面以上述凸缘部的内径向着上述基板保持台的下表面连续地增大的方式倾斜。
在优选的一实施方式中，在上述基板保持台的下表面的、与上述凸缘部相对的部分的一部分上形成有槽，上述凸缘部仅在其最外周侧的环状区域中与上述基板保持台的下表面接合。
在优选的一实施方式中，上述加热机构包括内侧加热机构部分、和形成在上述内侧加热机构部分的外侧的外侧加热机构部分，上述内侧加热机构部分和外侧加热机构部分，分别由在上述支柱内部延伸的第1以及第2驱动电源系统驱动。
在该情况下，优选地，上述基板保持台在上述加热机构下具有半圆形状的第1以及第2导体图形，所述第1以及第2导体图形分别连接在构成上述第2驱动电源系统的第1以及第2电源线上，上述第1以及第2导体图形，除形成在上述第1以及第2导体图形之间的间隔区域外，基本上覆盖上述基板保持台的整个面。
本发明还提供下述一种基板保持构件，其具备支柱，在上端部上形成有凸缘部；基板保持台，接合于上述凸缘部，其特征在于，上述基板保持台包括加热机构，上述支柱在与上述基板保持台接合的接合部处包括具有内周面和外周面的凸缘，上述内周面形成为以上述凸缘部的内径向着上述基板保持台的下表面连续地增大的方式倾斜的倾斜面，上述外周面形成为以上述凸缘部的外径向着上述基板保持台的下表面连续地增大的方式倾斜的倾斜面，形成上述外周面的上述倾斜面，连续地过渡到上述基板保持台的下表面。
在优选的一个实施方式中，上述基板保持台的下表面，在与上述凸缘部接合的部分及其周围区域中，由平坦面构成。
本发明还一种基板处理装置，其特征在于，具备与排气系统结合的处理容器、将处理气体供给到上述处理容器中的气体供给系统、和设置在上述处理容器中的上述基板保持构件。
图1是表示现有的基板保持构件的结构的纵剖视图。
图2是放大表示图1的基板保持构件的一部分的纵剖视图。
图3是概略表示本发明第1实施例的基板处理装置的结构的纵剖视图。
图4是概略表示在图3的基板处理装置中使用的基板保持构件的结构的纵剖视图。
图5是表示在图4的基板保持构件中使用的加热机构的加热图形的俯视图。
图6是表示在图4的基板保持构件中使用的加热机构的供电图形的俯视图。
图7是表示在图4的基板保持构件中使用的用来缓和应力的结构的纵剖视图。
图8(a)、(b)分别表示在中央冷的状态以及中央热的状态下，在图7的基板保持构件中产生的热应力分布的图。
图9是表示本发明第2实施例的基板处理装置的结构的纵剖视图。
具体实施例方式
第1实施例图3表示本发明第1实施例的基板处理装置20的结构，此外，图4～7表示在图3的基板处理装置20中使用的基板保持构件50的结构。
参考图3可知，基板处理装置20包括处理容器21，该处理容器21在排气口21A处与排气系统(未图示)相连接。在处理容器21的上部设有喷淋头22，该喷淋头22从多个开口部22A向处理容器21中的处理空间放出处理气体，所述处理气体是从外部气体源(未图示)经管路L供给的。在处理容器21中设有基板保持台23，该基板保持台23保持被处理基板(未图示)，使该被处理基板与喷淋头22对置。
基板保持台23由AlN等耐腐蚀性优异、不仅具有高热传导率和电阻率而且还具有优异的耐热冲击性的陶瓷材料构成。基板保持台23被支承在支柱23A上，该支柱23A与该基板保持台23同样也由AlN等陶瓷构成。这些陶瓷部件23、23A彼此的接合，优选采用固相接合，但是也可以采用固液接合或钎焊。延伸部21B延伸到处理容器21的下部，支柱23A在该延伸部21B中延伸，并被固定在延伸部21B的端部21C上。电源线23a、23b在支柱23A中延伸，所述电源线23a、23b驱动埋设在基板保持台23中的加热机构(加热器)。电源线23a、23b经端子室21D而被引出到外部，该端子室21D设置在端部21C上，用于防止电源线的氧化或腐蚀。此外，在端子室21D上设有排出支柱23A内部的气体的排气口21d。
在处理容器21D上形成有开口部21E，该开口部21E用来在与基板保持台23对应的高度上进行被处理基板的取出以及放入。在基板保持台23上设置有用来抬升处理完毕的基板的升降销，该升降销的图示省略。
图3的基板保持台23具有用于使后面说明的热应力缓和的结构，然而为了简化附图，在图3以及图4～图6中不图示该结构。
图4～图6表示在基板保持台23中埋设的加热机构。参考图4可知，上述加热机构具有形成在基板保持台23的中央部附近的内侧加热图形24A；形成在内侧加热图形24A的外侧的外侧加热图形24B。经电源线23a向内侧加热图形24A供电。经电源线23b和形成在加热图形24A、24B的下方的供电图形24C向外侧加热图形24B供电。
图5是表示加热图形24A以及24B的平面配置的图，在图5中，在加热图形24A以及24B上注有剖面线。加热图形24A以及24B是由耐热金属例如W或Mo形成的，该耐热金属具有与形成基板保持台23的AlN大致相同的热膨胀系数。可以通过在基板保持台23上均一地形成由上述耐热金属构成的膜之后，在该膜上作出切缝24c的图形来形成加热图形24A以及24B。代替该方法，还可以在基板保持台23上以规定的图形形成槽、并在该槽中埋入上述耐热金属，而形成加热图形24A以及24B。加热图形24A，通过基板保持台23的中央部的连接部23a连接在电源线23a的一条供电线上，通过基板保持台23的中央部的连接部23c’连接在另一条供电线上。加热图形24B，通过连接部23c连接在与电源线23b的一条供电线相连接的供电图形24C1上，并且通过连接部23c’连接在与另一条供电线相连接的供电图形24C2上。
另外，加热图形24A以及24B的形状并不限于图示出的形状，只要能够减小各加热图形内的发热量分布，也可以是其它形状，例如可以是螺旋状。此外，加热机构的发热体并不限于图示的板状或膜状体。也可以由线圈状的电阻发热线形成。
图6是表示供电图形24C1以及24C2的平面配置的图，在该图6中，供电图形24C1以及24C2上注有剖面线。如此处所示，供电图形24C1以及24C2由形成为半圆形的多个导体膜构成。供电图形24C1以及24C2采用与加热图形24A以及24B相同的材料、相同的制法形成。供电图形24C1以及24C2可以形成为板状、膜状或网状。供电图形24C1在连接部23d处连接于电源线23b的一条供电线，供电图形24C2在连接部23d’处连接于电源线23b的另一条供电线。
由此，在本实施例的基板保持台23中，内侧的加热图形24A和外侧的加热图形24B被独立供电，所以可使在基板保持台23中形成的温度梯度最小化，可以减轻由温度梯度引发的裂纹等破损。此外，由于能够在内侧区域和外侧区域中独立地控制基板保持台23的温度，所以可提高基板处理时的均匀性。另外，在向加热图形24A以及24B供电时，供电图形24C1以及24C2也发热，但是，由于供电图形24C1以及24C2被设置在基板保持台23的大致整个面范围内，所以可将因供电图形24C1以及24C2发热引起的基板保持台23的温度分布抑制在最小限度。
图7表示在图3的基板保持台23中使用的用于缓和热应力的结构。参考图7可知，支承基板保持台23的支柱23A具有凸缘部23B，设置在支柱23A的上端部上；圆筒状的主体部，设置在凸缘部23B下方，具有外径d。另外，基板保持台23和支柱23A基本上形成为几何学用语中的旋转体(使平面绕规定的轴线旋转而得到的立体)。
在基板保持台23的下表面231上，形成有具有U字型截面的环状槽23U(以下称为“U字型槽23U”)。U字型槽23U由内周面23U1、与内周面对置的外周面23U2、连接内周面23U1和外周面23U2的底面23U3区划而成。内周面23U1和底面23U3以及外周面23U2和底面23U3，经曲率半径为R1的曲面平滑连接。曲率半径R1比U字型槽23U的深度D小。凸缘部23B的外周面23B1的轮廓线沿着铅直方向延伸，并且U字型槽23U的内周面23U1的轮廓线在外周面23B1的轮廓线的延长线上沿着铅直方向延伸。即，外周面23B1的轮廓线以及内周面23U1的轮廓线，为沿着铅直方向延伸的连续的单一直线(线段)，在两轮廓线的连接点P处基本上不存在高低差。即，外周面23B1和内周面23U1在基板保持台23和支柱23A的接合面235(连接点P)附近为圆筒形状的连续的单一曲面。曲率半径为R1的曲面的轮廓线，是以从连接点P向上方离开规定距离的点P’为起点、以位于与点P’高度相同的位置上的点O为中心的、中心角为90度的圆弧。通过采用该结构，可以使热应力最大的部位位于与曲率半径为R1的曲面相对应的部位上，换言之，可以使热应力最大的部位位于材料强度较弱的基板保持台23和支柱23A的接合面235(连接点P)以外的部位。
当该基板保持构件50是供直径为300mm的晶片用的构件时，各部分的尺寸例如为，基板保持台23的直径为约340mm，基板保持台23的厚度是19mm，支柱223A的主体部的直径d为约56mm，支柱223A的凸缘部23B的外周面23B1的直径为约86mm，U字型槽23U的宽度W为约5mm，U字型槽23U的深度D为约2.5mm，曲率半径R1为约2mm。由此可知，形成U字型槽23U时的磨削量非常小。因为基板保持台23是由不易磨削的陶瓷材料构成，所以可降低磨削量就意味着可大幅降低基板保持台23的制造成本，进而降低基板保持构件50的制造成本。
另外，基板保持台23的各部的尺寸优选如下设定。
点P到P’的距离0.1～0.5mm，更优选为0.5mm～1mm曲率半径R10.5～5mm，更优选为1～3mmU字型槽23U的宽度W1～20mm，更优选为5～10mmU字型槽23U的深度D1～10mm，更优选为1～5mm另外，在图7中所示的实施方式中，U字型槽23U具有沿着水平方向延伸的底面23U3，但并不限于此。如图7右侧虚线所示，也可以通过单一的具有规定曲率半径的面236连接内周面23U1和外周面23U2。
在基板保持台23的下表面231上还形成有环状的槽232。槽232的深度不必太大，例如为约1mm。通过设置槽232，在支柱23A的凸缘部23B的上表面234和基板保持台23之间形成间隙，由此可减小基板保持台23和支柱23A之间的接合面235的面积。由于内置加热机构的基板保持台23和不带有加热机构的支柱23A的温度差较大，所以当接合面235的面积过大时，接合面235附近的热应力会变大。此外，当接合面235的面积过度加大时，从基板保持台23流入支柱23A的热量会变大，从而使基板保持台23的温度均匀性恶化。为了避免这种问题，在尽可能确保基板保持台23和支柱23A之间足够的接合强度的范围内，将接合面235的宽度W’设定为尽可能小的值，例如设定为约4mm。另外，U字型槽23U以及环状的槽232，通过对位于单一水平面内的基板保持台23的平坦的下表面231进行磨削加工来形成。此外，接合面235位于直径与支柱23A的直径d相同、且与支柱23A同轴的圆筒的外侧。
而且，凸缘部23B的内周面为倾斜面23f，由此可缓和热应力向该部分的集中。此外，在从支柱23A的主体部向凸缘部23B过渡的过渡部上也形成有曲率R2的曲面23R，由此可缓和该部分的热应力集中。
图8(a)表示在图7的基板保持构件中，基板保持台23上产生了中心部温度较低而周边部温度较高的、所谓中央冷的温度梯度时的应力分布。标注在各区域上的字母表示应力的级别，A表示产生超过+6.79kgf·mm-2的应力的区域，B表示产生+5.43～+6.79kgf·mm-2的应力的区域，C表示产生+4.07～+5.43kgf·mm-2的应力的区域，D表示产生+2.71～+4.07kgf·mm-2的应力的区域，E表示产生+1.35～+2.71kgf·mm-2的应力的区域，F表示产生0～+1.35kgf·mm-2的应力的区域，G表示-1.37～0kgf·mm-2的应力的区域。另外，“+”表示拉伸应力，“-”表示压缩应力。
参考图8(a)可知，在中央冷的状态下，在基板保持台23上，中央部相对于周边部收缩，所以特别是在与凸缘部23B的外周面23B1对应的位置上有产生较大拉伸应力的倾向。但是，通过在与外周面23B1对应的位置上形成U字槽23U，能显著缓和应力的集中。可知在图8(a)的状态下，在U字型槽23U的曲率半径为R1的曲面部处，产生最大拉伸应力(其值超过8.15kgf·mm-2)(参照箭头MAX)。应特别注意的是，在基板保持台23和支柱23A的接合部上没有产生应力集中。
与此相对，图8(b)表示上述基板保持台23B的中心部是高温而周边部是低温的、所谓中央热的状态下的应力分布。可知在这种情况下，在基板保持台23的与支柱23A接合的接合部附近几乎不产生热应力的集中。
如上所述，在本实施例的基板保持构件中，既可以将基板保持台下表面的磨削加工量控制在最小限度(对比参照图1以及图2中所示的现有技术)，又可以缓和热应力的集中。此外，通过独立地驱动加热器24A以及24B，可使在基板保持台23上产生的温度梯度最小化。由此，能廉价形成不会破损的、可靠性较高的基板保持构件。
第2实施例图9表示本发明的基板保持构件的第2实施例的结构。在图9中，与第1实施例相同的部分采用相同的附图标记，并省略重复说明。
参考图9可知，第2实施例的基板保持构件40具有类似于第1实施例的基板保持构件20的结构，但主要在下述方面存在不同支柱23A的凸缘部23B的外周面形成为倾斜面33B1，该倾斜面33B1以如下方式倾斜，即，凸缘部23的外径随着接近基板保持台23的背面而增大。
倾斜面33B1的轮廓线以向着基板保持台23的下表面的轮廓线连续地过渡的方式弯曲。换言之，倾斜面33B1的轮廓线的切线相对于水平面的倾角，随着靠近基板保持台23的下表面而逐渐接近0度。结果，在外周面33B1与基板保持台23的下表面之间，不会形成导致应力集中的高低差。
在本实施例中，不必进行基板保持台23的下表面的磨削加工，因而可进一步降低基板保持构件的制造费用。
在本实施例中，通过分别驱动基板保持台23中的内侧加热器23A以及外侧加热器23B，也能够使基板保持台23中的温度梯度最小化，可抑制热应力的产生。
另外，在以上说明中，基板保持构件20或40设为用于图3所示的CVD装置的构件，但是并不限定于此，一般也可用于等离子体CVD装置、热处理(RTP)装置、蚀刻装置等基板处理装置。
以上就优选的实施例对本发明进行了说明，但是，本发明并不限定于上述实施例，在权利要求书所描述的宗旨内，可进行各种变形、变更。
权利要求
1.一种基板保持构件，具备支柱，在上端部上形成有凸缘部；基板保持台，接合于上述凸缘部，其特征在于，上述基板保持台包括加热机构，在上述基板保持台的下表面上，形成有沿着上述凸缘部的外周面延伸的U字型槽，上述U字型槽的内周面和上述凸缘部的外周面以形成连续的单一面的方式连接。
2.如权利要求1所述的基板保持构件，其特征在于，在以截面观察的情况下，上述U字型槽的内周面的轮廓线的上述凸缘部侧的端部、和上述凸缘部的外周面的轮廓线，位于沿着铅直方向延伸的单一线段上。
3.如权利要求2所述的基板保持构件，其特征在于，上述基板保持构件是通过分别形成上述凸缘部以及上述基板保持台之后、将它们接合而制造的，上述凸缘部和上述基板保持台的接合面，位于与上述沿着铅直方向延伸的单一线段对应的范围内。
4.如权利要求1所述的基板保持构件，其特征在于，上述凸缘部的内周面形成为倾斜面，该倾斜面以上述凸缘部的内径向着上述基板保持台的下表面连续地增大的方式倾斜。
5.如权利要求1所述的基板保持构件，其特征在于，在上述基板保持台的下表面的、与上述凸缘部相对的部分的一部分上形成有槽，上述凸缘部仅在其最外周侧的环状区域中与上述基板保持台的下表面接合。
6.如权利要求1所述的基板保持构件，其特征在于，上述加热机构包括内侧加热机构部分、和形成在上述内侧加热机构部分的外侧的外侧加热机构部分，上述内侧加热机构部分和外侧加热机构部分，分别由在上述支柱内部延伸的第1以及第2驱动电源系统驱动。
7.如权利要求6所述的基板保持构件，其特征在于，上述基板保持台在上述加热机构下具有半圆形状的第1以及第2导体图形，所述第1以及第2导体图形分别连接在构成上述第2驱动电源系统的第1以及第2电源线上，上述第1以及第2导体图形，除形成在上述第1以及第2导体图形之间的间隔区域外，基本上覆盖上述基板保持台的整个面。
8.如权利要求1所述的基板保持构件，其特征在于，上述基板保持台以及支柱由陶瓷构成。
9.一种基板处理装置，其特征在于，具备与排气系统结合的处理容器、将处理气体供给到上述处理容器中的气体供给系统、和设置在上述处理容器中的权利要求1所述的基板保持构件。
10.一种基板保持构件，具备支柱，在上端部上形成有凸缘部；基板保持台，接合于上述凸缘部，其特征在于，上述基板保持台包括加热机构，上述支柱在与上述基板保持台接合的接合部处包括具有内周面和外周面的凸缘，上述内周面形成为以上述凸缘部的内径向着上述基板保持台的下表面连续地增大的方式倾斜的倾斜面，上述外周面形成为以上述凸缘部的外径向着上述基板保持台的下表面连续地增大的方式倾斜的倾斜面，形成上述外周面的上述倾斜面，连续地过渡到上述基板保持台的下表面。
11.如权利要求11所述的基板保持构件，其特征在于，上述基板保持台的下表面，在与上述凸缘部接合的部分及其周围区域中，由平坦面构成。
全文摘要
本发明的目的在于，在保持被处理基板的基板保持构件中，抑制由基板保持台的热应力所造成的破损。在支柱末端部设有基板保持台的基板保持台构件中，在上述支柱和上述基板保持台的接合部形成有由内周面和外周面区划成的凸缘部，此时由上述凸缘部的内径向着上述基板保持台的下表面连续地增大的倾斜面形成上述内周面，而且在上述凸缘部所结合的上述基板保持台的下表面上，与上述凸缘部的外周面对应地形成U字型槽。
文档编号H01L21/02GK1868031SQ20048003063
公开日2006年11月22日 申请日期2004年8月18日 优先权日2003年8月18日
发明者田中澄, 斋藤哲也, 夏原益宏, 仲田博彦 申请人:东京毅力科创株式会社, 住友电气工业株式会社