(57)【要約】【課題】基板載置面の温度を高精度で制御可能な基板載置台を提供する。【解決手段】基板に処理を施す処理装置において基板を載置する基板載置面を有する基板載置台であって、載置台本体と、載置台本体における基板載置面近傍の温度を検出する熱電対とを有し、熱電対は、載置台本体における基板載置面側の表面に、第１の金属膜および第２の金属膜が積層された状態で形成された測温部を有する。【選択図】  図１
2020178063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に処理を施す処理装置において基板を載置する基板載置面を有する基板載置台であって、
載置台本体と、
前記載置台本体における前記基板載置面近傍の温度を検出する熱電対と、
を有し、
前記熱電対は、前記載置台本体における前記基板載置面側の表面に、第１の金属膜および第２の金属膜が積層された状態で形成された測温部を有する、基板載置台。
【請求項２】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜は、溶射により形成されている、請求項１に記載の基板載置台。
【請求項３】
前記載置台本体に設けられた温調部をさらに有し、前記熱電対の検出信号に基づいて前記温調部の制御を行う、請求項１または請求項２に記載の基板載置台。
【請求項４】
前記温調部は、前記載置台本体を加熱するヒータを有する、請求項３に記載の基板載置台。
【請求項５】
前記載置台本体の表面には凹部が形成され、前記第１の金属膜および前記第２の金属膜は前記凹部に形成されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の基板載置台。
【請求項６】
前記載置台本体の表面には複数の凸部が形成され、前記第１の金属膜および第２の前記金属膜は前記複数の凸部の間の凹部に形成されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の基板載置台。
【請求項７】
前記載置台本体は、基材と、基材上に形成された前記基板を静電吸着する静電チャックとを有する、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の基板載置台。
【請求項８】
前記静電チャックは、溶射により形成され、前記熱電対の前記第１の金属膜および前記第２の金属膜に接続された補償導線が前記静電チャック内に形成されている、請求項７に記載の基板載置台。
【請求項９】
前記補償導線は溶射により形成されている、請求項８に記載の基板載置台。
【請求項１０】
基板に処理を施す処理装置において基板を載置する基板載置面を有する基板載置台であって、
基材と、前記基材の上に、誘電体層と静電吸着用の電極層とが溶射により形成された、前記基板を静電吸着する静電チャックとを有する載置台本体と、
載置台本体における前記基板載置面近傍の温度を検出する熱電対と、
を有し、
前記熱電対は、前記載置台本体における前記基板載置面側の表面に、第１の金属膜および第２の金属膜が積層された状態で形成された測温部を有する、基板載置台。
【請求項１１】
前記第１の金属膜および前記第２の金属膜は、溶射により形成されている、請求項１０に記載の基板載置台。
【請求項１２】
前記静電チャックは、その内部に、溶射で形成されたヒータ層をさらに有し、前記熱電対の検出信号に基づいて前記ヒータ層の制御を行う、請求項１０または請求項１１に記載の基板載置台。
【請求項１３】
前記熱電対の前記第１の金属膜および前記第２の金属膜に接続された補償導線が前記静電チャック内に溶射により形成されている、請求項１０から請求項１２のいずれか一項に記載の基板載置台。
【請求項１４】
前記静電チャック上に前記測温部を覆う絶縁膜が形成されている、請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の基板載置台。
【請求項１５】
前記絶縁膜の表面に複数の凸部が形成され、前記凸部の表面が前記基板載置面となる、請求項１４に記載の基板載置台。
【請求項１６】
前記静電チャックの表面の前記測温部以外の部分に複数の凸部が形成され、前記凸部の表面が前記基板載置面となる、請求項１０から請求項１３のいずれか一項に記載の基板載置台。
【請求項１７】
前記測温部の表面が他の絶縁膜で覆われている、請求項１６に記載の基板載置台。
【請求項１８】
前記第１の金属層はクロメルで形成され、前記第２の金属層はアルメルで形成されている、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の基板載置台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基板載置台に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等の製造工程においては、処理容器内で基板載置台に基板である半導体ウエハを載置し、処理容器内に所定のガスを導入しつつ、被処理基板に対してＣＶＤ成膜やエッチング等の種々の処理を行う。
【０００３】
基板載置台としては、例えば、被処理基板を加熱するためのヒータや被処理基板を静電吸着するための電極が設けられた本体と、本体の下方から途中まで設けられた孔部に挿入された温度センサである熱電対とを有するものが知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５１０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、基板載置面の温度を高精度で制御可能な基板載置台を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る基板載置台は、基板に処理を施す処理装置において基板を載置する基板載置面を有する基板載置台であって、載置台本体と、前記載置台本体における前記基板載置面近傍の温度を検出する熱電対と、を有し、前記熱電対は、前記載置台本体における前記基板載置面側の表面に、第１の金属膜および第２の金属膜が積層された状態で形成された測温部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、基板載置面の温度を高精度で制御可能な基板載置台が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る基板載置台の一例を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る基板載置台の他の例を示す断面図である。
【図３】従来の静電チャックを有する基板載置台の熱電対の配置を説明するための模式図である。
【図４】第２の実施形態に係る基板載置台の一例を示す断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る基板載置台の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して実施形態について説明する。
【００１０】
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。
図１は第１の実施形態に係る基板載置台の一例を示す断面図であり、図２は第１の実施形態に係る基板載置台の他の例を示す断面図である。第１の実施形態は基本的な実施形態である。
【００１１】
本実施形態において基板載置台１０は、基板Ｗ、例えば半導体ウエハに対して成膜処理等の処理を施す基板処理装置における処理容器内に設けられている。基板載置台１０は、基板Ｗを載置する基板載置面１０ａを有する。基板載置台１０は、載置台本体１と、載置台本体１における基板載置面１０ａ近傍の温度を検出する熱電対３とを有する。また、載置台本体１内にはヒータ２が設けられている。そして、基板載置面１０ａに基板Ｗを載置し、処理容器内を真空に保持した状態で基板Ｗに対してＣＶＤ成膜処理等の処理が施される。
【００１２】
載置台本体１は、全体が金属やセラミックスのバルク材で形成されていてもよいし、図２に示すようにバルク材からなる基材１１の上に基板Ｗを静電吸着する静電チャック１２を有するものであってもよい。静電チャック１２はアルミナ等の誘電体１３の中に電極１４が設けられて形成されている。静電チャック１２は、図示するように表面が複数の突起１３ａを有するエンボス面となっていることが好ましい。この場合は、突起１３ａの表面が基板載置面１０ａとなる。電極１４には静電吸着用の電源（直流電源）１５が接続されている。静電チャック１２は、バルク材であっても、溶射で形成されたものであってもよい。
【００１３】
ヒータ２は、温調部として機能し、基板処理装置で行われる処理、例えばＣＶＤ成膜の場合に、載置台本体１を加熱し、基板Ｗを処理温度に加熱する。なお、処理によっては温調部としてヒータ２の代わりに載置台本体１に温調媒体を通流させる機構を用いてもよい。
【００１４】
熱電対３は、載置台本体１における基板載置面１０ａ側の表面に、第１の金属膜２１および第２の金属膜２２が積層された状態で形成された測温部３ａを有する。測温部３ａでは、第１の金属膜２１と第２の金属膜２２が接触して回路を形成し、熱起電力が発生する。これにより、載置台本体１における基板載置面１０ａの近傍部分の温度が検出される。図１の例では載置台本体１の基板載置面１０ａ側に形成された凹部１ｂの表面に測温部３ａが形成され、測温部３ａと基板Ｗとの間は空間となっている。また、図２の例では、凸部１３ａの間の凹部１３ｂの表面に測温部３ａが形成され、測温部３ａと基板Ｗとの間は空間となっている。測温部３ａと基板Ｗとの間に薄い絶縁膜が設けられていてもよい。
【００１５】
第１の金属膜２１および第２の金属膜２２は、厚さが０．１〜１００μｍ程度であり、溶射、ＣＶＤ、ＰＶＤ、めっき等の成膜技術により形成することができる。これらの中では溶射が好ましい。第１の金属膜２１と第２の金属膜２２の組み合わせとしては、クロメルおよびアルメルを挙げることができる。その他、白金ロジウム合金および白金、鉄およびコンスタンタンの組み合わせ等、熱電対として従来から用いられている材料の組み合わせを採用することができる。
【００１６】
熱電対３は、第１の金属膜２１および第２の金属膜２２に接続され、載置台本体１内を垂直下方に延びる補償導線２３、２４を有している。補償導線２３、２４は、それぞれ第１の金属膜２１および第２の金属膜２２と同じ材料であることが好ましいが、銅やタングステン等、これらと異なる材料であってもよい。補償導線２３、２４は、後述する制御部４０に接続されている。
【００１７】
ヒータ２にはヒータ電源３０から給電される。制御部４０は、熱電対３からの信号に基づいて、基板載置台１０の基板載置面１０ａの温度が予め設定された温度となるように、ヒータ電源３０の出力を制御する。
【００１８】
以上のように構成される基板載置台１０においては、処理容器外の搬送機構（図示せず）により処理容器内に搬送されてきた基板Ｗを基板載置面１０ａに載置する。静電チャック１２を設ける場合は、電極１４に直流電圧を印加して基板Ｗを静電吸着する。このとき、熱電対３の第１の金属膜２１および第２の金属膜２２からなる測温部３ａの検出信号に基づいてヒータ電源３０からの出力を制御部４０で制御して載置台本体１における基板載置面１０ａ近傍の温度を制御する。また、処理容器内を所定の真空圧力に制御する。この状態で、基板Ｗに対して、所定の処理、例えばＣＶＤ成膜処理を行う。
【００１９】
従来は、熱電対素線を金属管に挿入してなるシース熱電対を載置台本体に形成された熱電対挿入孔に挿入して基板載置台の温度測定を行っていた。この場合は、必ずしも基板載置面の近傍まで熱電対を挿入することができず、熱電対の測温部が存在する位置では基板載置面よりも温度が低下してしまい、熱応答性が不十分であった。このため、高精度で基板載置面の温度を制御することは困難であった。特に、静電チャックが存在する場合には、図３に示すように、特許文献１と同様、シース熱電対３´は静電チャック１２よりも下の位置までしか挿入していなかった。静電チャック１２が溶射で形成される場合には、穴をあけると真空のリークが生じてしまい、載置台本体１の表面まで熱電対を挿入することは物理的にも困難であった。
【００２０】
これに対し、本実施形態によれば、熱電対３の測温部３ａが載置台本体１の基板載置面１ａ側の表面に第１の金属膜２１および第２の金属膜２２が積層されて形成されている。このため、測温部３ａを載置台本体１における基板載置面１０ａに近接した位置に配置することができる。したがって、熱応答性が良く高精度で基板載置面の温度を制御することができ、基板Ｗの温度も高精度で制御することができる。本実施形態は、特に、シース熱電対が挿入できなかった溶射静電チャックを有する場合に大きな効果を奏する。
【００２１】
また、本実施形態においては、第１の金属膜２１と第２の金属膜２２とが、従来の熱電対のような点接触や線接触ではなく、面接触となるため、基板載置台１０の基板載置面近傍の温度を確実に測定することができるといった利点もある。
【００２２】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態に係る基板載置台の一例を示す断面図である。第２の実施形態はより具体的な実施形態である。
【００２３】
本実施形態において基板載置台１００は、基板Ｗ、例えば半導体ウエハに対して成膜処理等の処理を施す基板処理装置における処理容器内に設けられている。基板載置台１００は、基板Ｗを載置する基板載置面１００ａを有する。基板載置台１００は、載置台本体１０１と、載置台本体１０１における基板載置面１００ａ近傍の温度を検出する熱電対１０３とを有する。そして、基板載置面１００ａに基板Ｗを載置し、処理容器内を真空に保持した状態で基板Ｗに対してＣＶＤ成膜処理等の処理が施される。
【００２４】
載置台本体１０１は、アルミニウムやチタン等の金属またはセラミックスのバルク材からなる基材１１１と、その上に溶射により形成された静電チャック１１２とを有する。
【００２５】
熱電対１０３は、載置台本体１０１の基板載置面側の表面、すなわち静電チャック１１２の表面に第１の金属膜１２１および第２の金属膜１２２が積層された状態で形成された測温部１０３ａを有する。測温部１０３ａでは、第１の金属膜１２１と第２の金属膜１２２が接触して回路を形成し、熱起電力が発生する。これにより、載置台本体１０１における基板載置面１００ａの近傍部分の温度が検出される。
【００２６】
静電チャック１１２の表面には、熱電対１０３の第１の金属膜１２１と第２の金属膜１２２からなる測温部１０３ａを覆うように溶射により、例えばアルミナ等の絶縁セラミックスからなる１０〜１０００μｍ程度の薄い絶縁膜１３０が形成されている。絶縁膜１３０の表面には高さが１０〜１００μｍ程度の複数の突起１３０ａが形成されており、突起１３０ａの表面が基板載置面１００ａとなっている。突起１３０ａは、絶縁膜１３０をエンボス加工することにより形成されてもよいし、絶縁膜１３０の上にダイヤモンドライクカーボンやＴｉＮ等により形成してもよい。また、図５に示すように、ダイヤモンドライクカーボンやＴｉＮ等により高さが０．１〜１００μｍ程度の複数の突起１３１を静電チャック１１２の表面の測温部１０３ａ以外の部分に直接形成し、熱電対１０３の測温部１０３ａと基板Ｗとの間が空間となっていてもよい。この場合は、突起１３１の表面が基板載置面１００ａとなる。また、測温部１０３ａの表面に、突起１３１よりも低い位置までの薄い絶縁膜を形成してもよい。
【００２７】
第１の金属膜１２１および第２の金属膜１２２は、厚さが０．１〜１００μｍ程度であり、溶射、ＣＶＤ、ＰＶＤ、めっき等の成膜技術により形成することができる。これらの中では溶射が好ましい。第１の金属膜１２１と第２の金属膜１２２の組み合わせとしては、クロメルおよびアルメルを挙げることができる。その他、白金ロジウム合金および白金、鉄およびコンスタンタンの組み合わせ等、熱電対として従来から用いられている材料の組み合わせを採用することができる。
【００２８】
熱電対１０３は、第１の金属膜１２１および第２の金属膜１２２に接続され、静電チャック１１２内を垂直下方に延びる補償導線１２３、１２４を有している。補償導線１２３、１２４は、それぞれ第１の金属膜１２１および第２の金属膜１２２と同じ材料であることが好ましいが、銅やタングステン等、これらと異なる材料であってもよい。
【００２９】
静電チャック１１２は、多層の溶射層（溶射皮膜）からなる。具体的には、基材１１１側から、第１溶射層１１２ａ、第２溶射層１１２ｂ、第３溶射層１１２ｃ、第４溶射層１１２ｄ、第５溶射層１１２ｅ、第６溶射層１１２ｆ、および第７溶射層１１２ｇを有している。静電チャック１１２のトータルの厚さは、５〜２０ｍｍ程度である。
【００３０】
最上層の第７溶射層１１２ｇは、静電吸着を実現するための誘電体層１１３ａであり、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁セラミックスで形成されている。その下の第６溶射層１１２ｆは、例えばタングステンからなる静電吸着用の電極層１１４を有する。その下の第５溶射層１１２ｅは、例えばアルミナ等の絶縁セラミックスからなる絶縁層１１３ｂで主に形成されている。その下の第４溶射層１１２ｄは、タングステンからなるメインヒータ層１０２ａおよび内側ヒータ層１０２ｂを有する。その下の第３溶射層１１２ｃは、例えばアルミナ等の絶縁セラミックスからなる絶縁層１１３ｂで主に形成されている。その下の第２溶射層１１２ｂは、タングステンからなるヒータ層１０２ｃを有する。最下層の第１溶射層１１２ａは、例えばアルミナ等の絶縁セラミックスからなる絶縁層１１３ｂで形成されている。
【００３１】
第５溶射層１１２ｅには、電極層１１４に接続され垂直下方に延びる第１電極配線層１３４ａが形成されている。また、第３溶射層１１２ｃには、第１電極配線層１３４ａに接続され垂直下方に延びる第２電極配線層１３４ｂ、メインヒータ層１０２ａから垂直下方に延びる第１ヒータ配線層１３２ａ、内側ヒータ層１０２ｂから垂直下方に延びる第１内側ヒータ配線層１３３ａが形成されている。第２溶射層１１２ｂには、ヒータ層１０２ｃ以外に、一端が第２電極配線層１３４ｂに接続され水平に延びる第３電極配線層１３４ｃと、第１内側ヒータ配線層１３３ａに接続され垂直下方に延びる第２内側ヒータ配線層１３３ｂが形成されている。第１溶射層１１２ａには、第４電極配線層１３４ｄと、第２ヒータ配線層１３２ｂと、第３内側ヒータ配線層１３３ｃとが形成されている。第４電極配線層１３４ｄは、第３電極配線層１３４ｃの他端に接続され、垂直下方に延びている。第２ヒータ配線層１３２ｂは、ヒータ層１０２ｃに接続され、垂直下方に延びている。第３内側ヒータ配線層１３３ｃは、第２内側ヒータ配線層１３３ｂに接続され、垂直下方に延びている。これらの電極配線層やヒータ配線層は、電極やヒータと同じ材料、例えばタングステンで形成されている。
【００３２】
第１溶射層１１２ａ、第２溶射層１１２ｂ、第３溶射層１１２ｃ、第４溶射層１１２ｄ、第５溶射層１１２ｅ、第６溶射層１１２ｆ、および第７溶射層１１２ｇの内部には、熱電対１０３の補償導線１２３、１２４を有している。これら溶射層内部の補償導線１２３、１２４は、各層の溶射の際に溶射により形成することができる。あるいは、補償導線１２３、１２４をロッド状にして垂直にセットした状態で、各層の溶射を行ってもよい。
【００３３】
なお、第２溶射層１１２ｂ、第４溶射層１１２ｄ、第６溶射層１１２ｆの残余の部分は、例えばアルミナ等の絶縁セラミックスからなる絶縁層１１３ｂである。
【００３４】
各溶射層を形成する際には、例えば、アルミナ等の溶射により絶縁層を形成した後、エッチングし、マスクを用いてエッチングした部分に電極、ヒータ、配線等の溶射を行う。
【００３５】
基材１１１には、第１溶射層１１２ａの第４電極配線層１３４ｄに対応する位置に貫通孔１４１が形成されており、第４電極配線層１３４ｄに接続された電極配線１４２が貫通孔１４１を通って外部に引き出される。第４電極配線層１３４ｄと電極配線１４２との接続部は樹脂等による封止部１４３により封止され、リークが防止される。
【００３６】
また、基材１１１には、第１溶射層１１２ａの第２ヒータ配線層１３２ｂおよび第３内側ヒータ配線層１３３ｃに対応する位置に、それぞれ貫通孔１５１および１６１が形成されている。第２ヒータ配線層１３２ｂおよび第３内側ヒータ配線層１３３ｃには、それぞれヒータ配線１５２および１６２が接続されており、ヒータ配線１５２および１６２は、それぞれ貫通孔１５１および１６１を通って外部に引き出される。第２ヒータ配線層１３２ｂとヒータ配線１５２との接続部、および第３内側ヒータ配線層１３３ｃとヒータ配線１６２との接続部は、それぞれ樹脂等による封止部１５３および１６３により封止され、リークが防止される。
【００３７】
さらに、基材１１１には、静電チャック１１２内の補償導線１２３、１２４に対応する位置に貫通孔１７１が形成されている。静電チャック１１２内の補償導線１２３および１２４には、それぞれ熱電対１０３の構成要素である補償導線１７３および１７４が接続されており、補償導線１７３および１７４は貫通孔１７１を通って外部に引き出される。静電チャック１１２内の補償導線１２３および１２４と補償導線１７３および１７４との接続部は樹脂等による封止部１７２により封止され、リークが防止される。
【００３８】
電極配線１４２は静電吸着用の電源に接続される。また、ヒータ配線１５２はヒータ電源に接続される。さらに、補償導線１７３および１７４は制御部に接続される（いずれも図４では図示せず。図１，２参照）。
【００３９】
第１の実施形態と同様、メインヒータ層１０２ａ、内側ヒータ層１０２ｂ、ヒータ層１０２ｃにはヒータ電源から給電される。制御部は、熱電対１０３からの信号に基づいて、載置台本体１０１の基板載置面１００ａの温度が予め設定された温度となるように、ヒータ電源の出力を制御する。
【００４０】
以上のように構成される基板載置台１００においては、処理容器外の搬送機構（図示せず）により処理容器内に搬送されてきた基板Ｗを基板載置面１００ａに載置する。そして、静電チャック１１２の電極１１４に直流電圧を印加して基板Ｗを静電吸着する。このとき、熱電対１０３の第１の金属膜１２１および第２の金属膜１２２からなる測温部１０３ａの検出信号に基づいてヒータ電源からの出力を制御部で制御して載置台本体１０１における基板載置面１００ａ近傍の温度を制御する。また、処理容器内を所定の真空圧力に制御する。この状態で、基板Ｗに対して、所定の処理、例えばＣＶＤ成膜処理を行う。
【００４１】
本実施形態においても、熱電対１０３の測温部１０３ａが載置台本体１０１の基板載置面１００ａ側の表面に第１の金属膜１２１および第２の金属膜１２２が積層されて形成されている。このため、測温部１０３ａを載置台本体１０１における基板載置面１００ａに近接した位置に配置することができる。したがって、熱応答性が良く高精度で基板載置面の温度を制御することができ、基板Ｗの温度も高精度で制御することができる。
【００４２】
また、溶射により形成された静電チャック１１２に穴をあけることなく、第１の金属膜１２１および第２の金属膜１２２に接続された補償導線１２３、１２４を静電チャック１１２内に形成することができるので、真空リークの問題は生じない。
【００４３】
さらに、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、第１の金属膜１２１と第２の金属膜１２２とが、面接触となるため、基板載置台１００の基板載置面近傍の温度を確実に測定することができるといった利点を有する。
【００４４】
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００４５】
例えば、上記実施形態では、基板載置台を特定の形状で描いているが、基板載置台の形状はこれに限るものではない。また、適用される処理として成膜処理、特にＣＶＤ成膜処理を例にとって説明したが、これに限らず、ＰＶＤ成膜処理やエッチング処理等の他の処理であってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１，１０１；載置台本体
２；ヒータ
３，１０３；熱電対
１０，１００；基板載置台
１０ａ，１００ａ；基板載置面
１１，１１１；基材
１２，１１２；静電チャック
１３；誘電体
１４，１１４；電極
２１，１２１；第１の金属膜
２２，１２２；第２の金属膜
２３，２４，１２３，１２４，１７３，１７４；補償導線
３０；ヒータ電源
４０；制御部
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ；ヒータ層
１１２ａ〜１１２ｇ；溶射層
１１３ａ；誘電体層
１１３ｂ；絶縁層
Ｗ；基板
【図１】
2020178063.tif 000003
【図２】
2020178063.tif 000004
【図３】
2020178063.tif 000005
【図４】
2020178063.tif 000006
【図５】
2020178063.tif 000007