半导体或液晶制造装置的制作方法

专利名称：半导体或液晶制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在反应容器内备有保持和加热被处理物的构件(means)的半导体或液晶的制造装置，特别涉及CVD装置、等离子CVD装置、腐蚀(etching)装置、等离子腐蚀装置等半导体或液晶制造装置。
背景技术：
在半导体晶片上进行腐蚀和成膜的场合下，一般使用反应控制性能优良的单张式半导体制造装置。将半导体晶片载于设置在反应容器内的保持体的表面上，通过原样静置、或者机械固定，或者对内藏在保持体的电极施加电压后依靠静电力夹紧，固定在保持体上。
被保持的半导体晶片，为了在CVD(化学气相沉积)、等离子CVD等、或者腐蚀、等离子腐蚀等中使成膜速度和腐蚀速度保持均一，其温度被严格控制。为了这种严格的温度控制，利用保持体内藏的发热体加热保持体，借助于从其表面的热传导作用加热半导体晶片。
内藏发热体的保持体，例如是将Mo线圈埋入陶瓷中形成的。而且将与Mo线圈连接的W或Mo的电极设在保持体的被处理物保持表面的反对侧(背面)，将Ni等引线与该电极端子接合后连接到系统外的电源上，向被埋入陶瓷保持体内的Mo线圈供给电力，以此方式进行加热。
在上记反应容器中，由于大多使用卤素类等腐蚀性气体作为反应气体，所以在保持体背面露出的W或Mo的电极容易被腐蚀。于是将耐蚀性强的陶瓷或金属制的筒状支持部件与保持体的背面气密接合，同时将筒状支持部件的另一端在反应容器的一部分上用O型环密封，利用这种方法保护电极端子，以便防止其暴露在反应气体中。
在以往的半导体或液晶的制造装置中，为了保护保持体背面的电极端子不受腐蚀性气体的腐蚀，采用的是将容纳了电极端子的筒状支持部件与反应容器之间用O型环气密密封的方法。所必须的气密性，以He泄漏计算至少应当低于10-8Pam3/s。虽然O型环密封简便、价廉而且可靠性高，但是由于O型环是由橡胶制成的，所以即使使用耐热性较强的材料其耐热温度上限也仅仅为200℃。
在半导体或液晶的制造过程中膜形成、腐蚀、热处理等，大多在200℃以上温度下才能产生反应，其中对于膜形成用的CVD或等离子CVD来说大多采用500～800℃高温。因此，为了使O型环不致因传过筒状保持体而来的热量而被劣化，对O型环附近强制冷却，使之维持在小于200℃。其结果，所供给热量中有50％以上因不能用于本来的晶片加热而白白地损失掉了。
而且当采用陶瓷材料制造筒状支持部件的场合下，一旦对筒状支持部件施加很大的热梯度，由于本身是脆性材料的陶瓷龟裂，所以要制成长度约300毫米左右的筒状支持部件，就不得不减小温度梯度。必须将这样长的筒状部件收入其中的反应容器也不能小型化，因而不得不采用超过需要的大型结构。
此外筒状支持部件，虽然能用气密方式来防止来自反应容器的卤素等腐蚀性气体的侵入，但是其内部大多处于大气气氛下。这种场合下，电极端子附近由于暴露在500～800℃大气的氧化气氛下，所以必须对耐氧化性差的W或Mo电极端子进行抗氧化性密封处理来加以保护。然而，对长筒状支持部件的内部进行密封处理操作并不是一件容易的事，而且制造的成品率低。

发明内容
鉴于这种以往情况，本发明目的在于提供一种筒状支持部件的气密密封操作容易、能够防止电极端子的腐蚀和氧化，而且在提高保持体的均热性的同时还能提高热效率，并且可将筒状支持部件制成短尺寸而能实现反应容器小型化的半导体或液晶的制造装置。
为了达成上记目的，本发明涉及这样一种半导体或液晶的制造装置，其中在被供给反应气体的反应容器内，备有将被处理物保持在表面上同时靠被埋设在内部的阻抗发热体进行加热的陶瓷保持体；用一端支持陶瓷保持体的被处理物保持表面以外，并另一端被固定在反应容器一部分上的筒状支持部件，其特征在于将筒状支持部件的一端与陶瓷保持体气密结合，同时将筒状支持部件的另一端侧在内部气密密封，使筒状支持部件内的被陶瓷保持体与所述筒状支持部件的另一端侧密封部所隔开的空间处于真空或者惰性气体的减压气氛下。
本发明的半导体或液晶的制造装置中，所述筒状支持部件的另一端侧优选仅用密封材料气密密封，或者在筒状支持部件内部设置隔板，用密封材料将其间的间隙气密密封。而且，所述筒状支持部件的另一端侧密封部，优选位于相对于筒状支持部件的长度方向的中央，更靠近筒状支持部件另一端侧的位置，更优选位于筒状支持部件的另一端附近。
而且本发明的半导体或液晶的制造装置中，所述筒状支持部件另一端侧气密密封用的密封材料，其耐热性优选处于200℃以上。所述密封材料优选是玻璃或结晶化玻璃，或者所述密封材料优选是耐热树脂。
此外，在本发明的半导体或液晶制造装置中，所述陶瓷保持体和筒状支持部件，优选由从氮化铝、氮化硅、碳化硅和氧化铝中选出的至少一种陶瓷材料构成。而且所述阻抗发热体优选由从W、Mo、Pt、Au、Pd、Ag、Ni和Cr中选出的至少一种金属材料构成。


图1是表示本发明的半导体或液晶制造装置一具体例的断面示意图。
图2是表示本发明的半导体或液晶制造装置另一具体例的断面示意图。
具体实施例方式
本发明的半导体或液晶的制造装置中，将埋设有阻抗发热体的板状陶瓷保持体，与用一端支持这种陶瓷保持体的被处理物保持表面以外的筒状保持体气密接合，同时筒状支持部件的另一端侧在内壁气密密封。在筒状保持体的内部形成由被陶瓷保持体与筒状支持部件的另一端侧密封部气密隔开的空间，通过使此空间内形成真空或者使之处于惰性气体的减压气氛下，即使不实施耐腐蚀性或抗氧化性的密封处理也能保护电极端子，防止其被腐蚀和氧化。
而且通过使上记那样的筒状支持部件内的被隔开的空间维持在真空下或惰性气体气氛下，与空气或惰性气体的大气压气氛相比，能够减少陶瓷保持体的热量经由筒状支持部件向内部气氛气体逃逸的比例。而且由于筒状支持部件另一端的气密密封不使用O型环，所以能够对该部分不冷却或者少冷却。这种方法能够提高陶瓷保持体中的均热性，而且还能大幅度提高热效率。
关于筒状支持部件另一端侧的气密密封，虽然也可以仅用密封材料密封筒状支持部件的内部，但是考虑到可靠性、操作性和成本等，优选在筒状支持部件的内部设置陶瓷或金属隔板，用密封材料将其间隙密封的方法。
而且用于密封筒状支持部件的另一端侧的另一端侧密封部的位置，优选相对于长度方向的中央位于更靠近筒状支持部件的另一端侧(靠近反应容器)。通过使另一端侧密封部尽可能离开陶瓷保持体，并在处于低温的位置进行密封，能够增加密封材料选择的自由度，抑制密封材料的劣化，同时密封操作也容易进行。特别是如果使所述另一端侧密封部处于筒状支持部件的另一端附近，则防止密封材料劣化的效果、密封操作效率最高，因而最优选。
筒状支持部件另一端侧的气密密封用的密封材料，不使用耐热性低于200℃的O型环，而使用耐热性处于200℃以上的密封材料。优选使用玻璃或结晶化玻璃、或者酰亚胺树脂、环氧树脂等耐热性树脂作为耐热性在200℃以上的密封材料。
密封用玻璃，耐热性和耐氧化性优良，可以不必水冷筒状支持部件的另一端附近而使用。而且若使用耐热性树脂，则容易进行筒状支持部件内部的密封操作，能够在常温下密封，所以能够大幅度减低密封成本，大幅度提高成品率。
陶瓷保持体优选是对卤素等耐腐蚀性强、耐热性和绝缘性高的陶瓷；具体讲，更优选使用氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化铝(Al2O3)。
作为被埋入陶瓷保持体内的阻抗发热体，优选由W、Mo、Pt、Au、Pd、Ag、Ni和Cr中选出的至少一种金属制成，例如除W、mo、Pt-Au、Ag-Pd、Ni-Cr的喷镀之外，还可以将这些材料的箔、网、线圈等埋入的方法构成。
虽然筒状支持部件可以使用耐腐蚀性强的陶瓷或金属，但是考虑到在其一端与陶瓷保持体进行耐热性强的气密性结合，因此最好使用热膨胀率一致的陶瓷材料，特别是与陶瓷保持体相同的材料。
实施例1以氮化铝(AlN)粉末的重量为基准，向该氮化铝粉末中添加0.5重量％的氧化钇(Y2O3)作为烧结助剂，再添加有机粘合剂并分散混合后，利用喷雾干燥法造粒。用单螺旋挤压机将得到的造粒粉末成形为两片烧结后尺寸为直径350毫米X厚度5毫米形状的A成形体。而且用CIP(冷静压水压机)将同样的造粒粉末成形为一根烧结后尺寸为外径100毫米、内径90毫米、长度100毫米的大体呈圆筒状的形状B的成形体。
形状A的成形体，表面上形成宽4.5毫米、深度2.5毫米的沟槽后，在800℃氮气气流中脱脂。将Mo线圈放置在沟槽内，使两片成形体重叠，在氮气气流中于1850℃温度和9.8MPa(100千克力/平方厘米)压力下热压烧结4小时。用金刚石磨粒研磨得到的烧结体表面，使Mo线圈的端部从背面露出而设置W电极端子，制成了AlN制的陶瓷保持体。另一方面，形状B的成形体，经800℃氮气气流中脱脂，在氮气气流中于1850℃温度下烧结4小时，用金刚石磨粒研磨得到的烧结体表面后，得到了AlN制的筒状支持部件。
如图1所示，设置为使筒状支持部件2的一端2a与上记陶瓷保持体1的背面接触，由Mo线圈构成的阻抗发热体3的电极端子4插入到其内部，然后在1800℃和9.8MPa(100千克力/平方厘米)压力下热压结合1小时。然后，将Ni的引线5与陶瓷保持体1背面的电极端子4连接起来。将具有穿过引线5和排气管10的孔的AlN制隔板6紧贴在筒状支持部件2内部另一端2b附近，将引线5和排气管10插入通过后，用酰亚胺树脂密封材料7将隔板6的另一端侧全面密封，隔板6与筒状支持部件2、引线5和排气管10之间的间隙进行气密密封。
将这种筒状支持部件2(一端2a与陶瓷保持体1被气密密封，而且另一端侧2b在内部被隔板6和密封材料7所气密密封)放入反应容器9中，将筒状支持部件2的另一端2b用夹具(clamp)固定在反应容器9的底部，而未实施基于O型环的气密密封。在密封筒状支持部件2内部的密封材料7的另一端(下侧面)与反应容器9底部之间几乎不存在间隙。然后穿过贯通隔板6和密封材料7的排气管10，一边对筒状支持部件2内部抽真空，一边通入氮气。此外图中8是测定温度用的热电偶，11是反应容器的排气管。
使筒状支持部件2的内部氮气气氛保持在13.3kPa(100乇)下，将陶瓷保持体1加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±0.5％，热效率为80％。均热性是指，对于陶瓷保持体的温度分布，将最高温度、最低温度与平均温度之差分别用相对于平均温度的百分率表示的值。以下的实施例和比较例中的均热性也同样。
实施例2以氮化硅(Si3N4)粉末的重量为基准，向该氮化硅粉末中添加3重量％氧化钇(Y2O3)和2重量％氧化铝(Al2O3)作为烧结助剂，再添加有机粘合剂并分散混合后，利用喷雾干燥法造粒。使用得到的造粒粉末，按照与上记实施例1同样方法制成陶瓷保持体和筒状支持部件，但是烧结条件为在1750℃下5小时，结合条件为在1730℃下1小时。
使用这种Si3N4制的陶瓷保持体和筒状支持部件，制成与上记实施例1相同的装置，用同样方法评价。其结果，陶瓷保持体的均热性为±0.8％，热效率为65％。
实施例3以碳化硅(SiC)粉末的重量为基准，向该碳化硅粉末中添加2重量％碳化硼(B4C)和1重量％碳(C)作为烧结助剂，再添加有机粘合剂并分散混合后，利用喷雾干燥法造粒。使用得到的造粒粉末，按照与上记实施例1同样方法制成陶瓷保持体和筒状支持部件，但是烧结条件为在1950℃5小时，结合条件为在1900℃2小时。
使用这种SiC制的陶瓷保持体和筒状支持部件，制成与上记实施例1相同的装置，用同样方法评价。其结果，陶瓷保持体的均热性为±0.7％，热效率为70％。
实施例4以氧化铝(Al2O3)粉末的重量为基准，向该氧化铝粉末中添加2重量％氧化镁(MgO)作为烧结助剂，再添加有机粘合剂并分散混合后，利用喷雾干燥法造粒。使用得到的造粒粉末，按照与上记实施例1同样方法制成陶瓷保持体和筒状支持部件，但是烧结条件为在1600℃5小时，结合条件为在1550℃1小时。
使用这种Al2NO3制的陶瓷保持体和筒状支持部件，制成与上记实施例1相同的装置，用同样方法评价。其结果，陶瓷保持体的均热性为±0.95％，热效率为55％。
实施例5采用与上记实施例1相同方法制成了由AlN构成的形状A和形状B的各种成形体。各成形体均在800℃氮气气流中脱脂，在氮气气流中于1850℃温度下烧结4小时后，表面用金刚石磨料研磨。
在由形状A成形体得到的一片板状烧结体表面上，用在W粉末中添加了烧结助剂和乙基纤维素系粘合剂的W糊料印刷电路，经过在氮气气流中900℃脱脂后，在氮气气流中1830℃烧结。在另一片板状烧结体上涂布粘合材料，在氮气气流中900℃脱脂后，与形成了上记电路的板状烧结体重合在一起。
进而在由形状B的成形体得到的筒状烧结体的一个端面上也涂布粘合材料，粘贴在上记重合的板状烧结体的背面，在氮气气流中900℃脱脂后，于1800℃温度下烧结2小时使之粘合。将与内部的W电路连接的W电极端子接合在得到的陶瓷保持体的背面，将Ni的引线与W电极端子连接起来。
然后将开有穿过引线的孔的AlN制隔板紧贴在筒状支持部件的内部的另一端附近，用环氧树脂密封材料将面对该另一端侧的隔板的全面密封。将这种筒状支持部件放入反应容器中，与上记实施例1同样用夹具将筒状支持部件另一端固定在反应容器底部上。
与上记实施例1同样，使筒状支持部件内部的氮气气氛保持在13.3kPa(100乇)下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±0.45％，热效率为80％。
实施例6除使用由Pt-Au、烧结助剂和乙基纤维素系粘合剂捏合而成的糊料作为电路用糊料，烧结条件定为900℃2小时，而且使用接合用玻璃作为陶瓷支持体与筒状支持部件的接合材料，在800℃接合1小时之外，采用与上记实施例5同样的方法，制成了AlN制陶瓷支持体和筒状支持部件。
将开有用于穿过引线的孔的AlN制隔板紧贴在筒状支持部件内部另一端附近，用环氧树脂密封材料将面对该另一端侧的隔板全面密封。将这种陶瓷保持体和筒状支持部件放入反应容器中，与上记实施例1同样用夹具(clamping)将筒状支持部件另一端固定在反应容器底部上。
与上记实施例1同样，使筒状支持部件的内部氮气气氛保持在13.3kPa(100乇)压力下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±0.45％，热效率为80％。
实施例7除使用由Ag-Pd、烧结助剂和乙基纤维素系粘合剂捏合而成的糊料作为电路用糊料，烧结条件定为850℃2小时之外，采用与上记实施例6同样方法制成了AlN制陶瓷支持体和筒状支持部件。
将开有用于穿过引线的孔的AlN制隔板紧贴在筒状支持部件内部的另一端附近，用环氧树脂密封材料将面对该另一端侧的隔板的全面密封。将这种陶瓷保持体和筒状支持部件放入反应容器中，与上记实施例1同样地用夹具将筒状支持部件的另一端固定在反应容器底部上。
与上记实施例1同样，使筒状支持部件内部的氮气气氛保持在13.3kPa(100乇)下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±0.45％，热效率为80％。
实施例8除使用由Ni-Cr、烧结助剂和乙基纤维素系粘合剂捏合而成的糊料作为电路用糊料，烧结条件定为750℃2小时之外，采用与上记实施例6同样方法制成了AlN制陶瓷支持体和筒状支持部件。
将开有用于穿过引线的孔的AlN制隔板紧贴在筒状支持部件内部的另一端附近，用环氧树脂密封材料将面对该另一端侧的隔板的全面密封。将这种陶瓷保持体和筒状支持部件放入反应容器中，与上记实施例1同样用夹具将筒状支持部件另一端固定在反应容器底部上。
与上记实施例1同样，使筒状支持部件的内部氮气气氛保持在13.3kPa(100乇)下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±0.45％，热效率为80％。
实施例9除了在将筒状支持部件的另一端侧气密密封时不使用隔板，而仅使用密封用玻璃在750℃密封1小时之外，采用与上记实施例6同样方法制成了AlN制陶瓷保持体和筒状支持部件，并将其与上记实施例1同样地设置在反应容器中。
与上记实施例1同样，使筒状支持部件的内部氮气气氛保持在13.3kPa(100乇)下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±0.45％，热效率为80％。
实施例10除了在将筒状支持部件的另一端2b侧气密密封时，如2图所示，在筒状支持部件2的内部距离另一端2b有25毫米的位置处设置AlN制隔板6，用酰亚胺树脂密封材料7将间隙气密密封之外，采用与上记实施例1同样方法制成了AlN制陶瓷保持体1和筒状支持部件2，并将其与上记实施例1同样地设置在反应容器9内。
与上记实施例1同样，使筒状支持部件内部的氮气气氛保持在13.3kPa(100乇)下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±0.45％，热效率为80％。
对照例1除了用玻璃密封W电极端子，以及用O型环将筒状支持部件的另一端与反应容器之间气密密封，将其附近强制冷却到小于200℃之外，采用与上记实施例1同样方法制成了AlN制陶瓷保持体和筒状支持部件，并与上记实施例1同样地设置在反应容器中。
使筒状支持部件内部处于大气气氛下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±1.8％，热效率为30％。此外，在这种加热测定中，由于热应力使筒状支持部件产生裂纹，所以中途中止测定。
对照例2除了将筒状支持部件的长度制成300毫米之外，采用与上记对照例1同样的方法制成了AlN制陶瓷保持体和筒状支持部件，并将其与上记实施例1同样地设置在反应容器中。
使筒状支持部件内部处于大气气氛下，将陶瓷保持体加热到500℃。此时陶瓷保持体的均热性为±1.5％，热效率为40％。此外，在该测定中在筒状支持部件上未产生裂纹。
产业上利用的可能性按照本发明可以使筒状支持部件的气密密封操作容易进行，能够防止电极端子的腐蚀和氧化，而且由于在气密密封中不使用O型环所以可以无需冷却或少冷却，能够提高陶瓷保持体的均热性，同时还能提高热效率。此外由于筒状支持部件尺寸短，所以还能实现反应容器的小型化。
权利要求
1.一种半导体或液晶制造装置，其在被供给反应气体的反应容器内，备有将被处理物保持在表面上同时靠埋设在内部的阻抗发热体进行加热的陶瓷保持体；一端支持陶瓷保持体的被处理物保持表面以外，另一端被固定在反应容器一部分上的筒状支持部件，其特征在于将筒状支持部件的一端与陶瓷保持体气密结合，同时将筒状支持部件的另一端侧在内部气密密封，使筒状支持部件内的被陶瓷保持体与所述筒状支持部件另一端侧密封部所隔开的空间处于真空或者惰性气体的减压气氛下。
2.根据权利要求1所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述筒状支持部件的另一端侧，仅用密封材料气密密封，或者在筒状支持部件内部设置隔板，用密封材料将其间的间隙气密密封。
3.根据权利要求1或2所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述筒状支持部件的另一端侧密封部，相对于筒状支持部件的长度方向的中央，位于筒状支持部件的另一端侧。
4.根据权利要求3所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述筒状支持部件的另一端侧密封部，位于筒状支持部件的另一端附近。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述筒状支持部件的另一端侧气密密封用的密封材料，其耐热性在200℃以上。
6.根据权利要求5所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述密封材料是玻璃或结晶化玻璃。
7.根据权利要求5所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述密封材料是耐热树脂。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述陶瓷保持体和筒状支持部件，由从氮化铝、氮化硅、碳化硅和氧化铝中选出的至少一种陶瓷材料构成。
9.根据权利要求1～8中任意一项所述的半导体或液晶制造装置，其特征在于所述阻抗发热体由从W、Mo、Pt、Au、Pd、Ag、Ni和Cr中选出的至少一种金属材料构成。
全文摘要
一种制造半导体或液晶的装置，其在反应容器9中备有，其内部埋设有阻抗发热体3的陶瓷保持体1、一端2a支持陶瓷保持体1而另一端2b被固定在反应容器9上的筒状支持部件2；筒状支持部件2的一端2a与陶瓷保持体1之间气密性结合，同时另一端2b侧在内部被隔板6和密封材料7气密密封。这种半导体或液晶制造装置，优选使筒状保持体2内的被陶瓷保持体1和隔板6划分的空间形成真空或惰性气体减压气氛下。在具有上记结构的半导体或液晶制造装置中，筒状支持部件容易进行气密密封，能够防止在陶瓷保持体的背面露出的电极端子4被腐蚀和氧化，而且在提高保持体均热性的同时还能提高热效率。
文档编号H01L21/683GK1514888SQ03800369
公开日2004年7月21日 申请日期2003年3月3日 优先权日2002年3月5日
发明者柊平启, 夏原益宏, 仲田博彦, 宏, 平启, 彦 申请人:住友电气工业株式会社