(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置に用いられるホットプレートであって、
半導体基板を載置するプレート本体と、
このプレート本体内に形成された発熱電極と、
前記プレート本体内に形成され、かつ、前記発熱電極と同じ材料で形成された温度測定用プローブと、
前記温度測定用プローブに接続された熱電対と
を具備してなることを特徴とするホットプレート。
【請求項２】
前記温度測定用プローブの端子は露出し、該端子に前記熱電対が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のホットプレート。
【請求項３】
前記温度測定用プローブの個数は、複数であることを特徴とする請求項１に記載のホットプレート。
【請求項４】
前記発熱電極に印加される電圧は、前記温度測定用プローブを用いて得られた温度に基づいて制御されることを特徴とする請求項１に記載のホットプレート。
【請求項５】
前記プレート本体内に静電チャック電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のホットプレート。
【請求項６】
半導体製造装置に用いられるホットプレートであって、半導体基板を載置するプレート本体と、このプレート本体内に形成された発熱電極と、前記プレート本体内に形成され、かつ、前記発熱電極と同じ材料で形成された温度測定用プローブと、前記温度測定用プローブに接続された熱電対とからなる前記ホットプレート上に半導体基板を載置し、
前記温度測定用プローブを用いて得られた温度に基づいて、前記発熱電極に電圧を印加する電圧印加手段および前記ホットプレートを冷却する冷却手段を制御することによって、前記半導体基板の温度を所望の温度に保持しながら、前記半導体基板を処理することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記処理は、成膜またはエッチングであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板を加熱するホットプレートおよびそれを備えた半導体製造装置を用いた製造工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から半導体プロセスにおいては、半導体基板上に絶縁膜や導電膜を形成する工程と、これらの膜をエッチングしてパターニングする工程とを繰り返すことによって半導体回路を形成している。
【０００３】
膜の堆積やエッチングは化学反応を利用しているため、堆積速度やエッチング速度は半導体基板の温度（基板温度）により影響される。また、堆積した膜の膜質も基板温度により変化する。したがって、膜の堆積やエッチングを安定に再現性良く行うためには、堆積やエッチング中の基板温度を制御することが重要である。
【０００４】
従来、半導体基板の加熱は、赤外線ランプを用いて半導体基板の表面または裏面から赤外線を照射することにより行うことが多かった。しかし、赤外線ランプを用いた場合、半導体基板上の膜種により赤外線の吸収効率が違うために正確な温度コントロールができなかったり、あるいは赤外線の照射中に半導体基板を冷却することがないために、赤外線の照射中に基板温度が大きく上昇してしまうなどの問題があった。
【０００５】
そこで、最近では、抵抗加熱ヒーターを内蔵したホットプレートを冷却機構を持ったステージに固定し、ホットプレート上に載置した半導体基板を抵抗加熱ヒーターにより加熱し、半導体基板を冷却機構により冷却する方式のものが多く用いられるようになっている。
【０００６】
ここで、半導体基板をホットプレートに固定する方法にはいくつかあり、例えばホットプレートの裏面から排気を施して半導体基板をホットプレートに固定する方法や、静電吸着を用いて半導体基板を電気的にホットプレートに固定する方法や、クランプなどの押し付け部材を用いて半導体基板をホットプレートに機械的押し付けるなどの方法がある。
【０００７】
しかし、裏面排気の方法は、真空中では利用できないとう問題がある。また、機械的押し付けの方法は、押し付け部材に膜が付着したり、押し付け部材が半導体基板に機械的に接触して半導体基板に力が加わることによって擦れが起こるなどダストの発生源を招くという問題がある。
【０００８】
これに対して静電吸着力の方法は、デバイス製造面に非接触で固定でき、また真空中においても適用することができるため、近年多く用いられるようになってきている。
【０００９】
このような静電チャックを用いたホットプレートの場合、図７に示すように、ホットプレート８０に開けられた穴に裏面から熱電対８１を挿入し、その熱電対８１の起電力を測定することによって、基板温度を測定していた。なお、図中、８２は静電チャック電極、８３は加熱用ヒータ線をそれぞれ示している。
【００１０】
他の方法としては、ホットプレートをステージに固定する際に、ホットプレートとステージとの間に熱電対を挟み込み、その熱電対の起電力を測定することによって、基板温度を測定していた。
【００１１】
しかしながら、これらの基板温度の測定方法は、ホットプレートに設ける熱電対用の穴の深さ制御、熱電対を挿入する位置や、ホットプレート自体との接触強度などがホットプレート取り付けの毎に異なり、測定温度の再現性が得られないという問題があった。
【００１２】
さらにこのようなホットプレート上に半導体基板を載置して成膜やエッチングを行うと、半導体基板の測定温度の再現性が得られなことこから、成膜やエッチングなどの半導体基板の処理にばらつきが生じるという問題があった。
【００１３】
また、ホットプレートの取り付けには熟練を要するため、ホットプレート交換の際のダウンタイムが長くなり、その結果として装置の利用効率が著しく低くなるという問題もあった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、ホットプレートに設ける熱電対用の穴の深さ制御、熱電対を挿入する位置や、ホットプレート自体との接触強度などがホットプレート取り付けの毎に異なることから、ホットプレートの測定温度の再現性が得られなかったり、成膜などの半導体基板の処理にばらつきが生じるという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、温度を再現性良く測定できるホットプレート、およびホットプレートの測定温度のばらつきに起因する半導体基板の処理のばらつきを防止できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
［構成］
上記目的を達成するために、本発明に係るホットプレートは、半導体製造装置に用いられるホットプレートであって、半導体基板を載置するプレート本体と、このプレート本体内に形成された発熱電極と、前記プレート本体内に形成され、かつ、前記発熱電極と同じ材料で形成された温度測定用プローブと、前記温度測定用プローブに接続された熱電対とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体製造装置に用いられるホットプレートであって、半導体基板を載置するプレート本体と、このプレート本体内に形成された発熱電極と、前記プレート本体内に形成され、かつ、前記発熱電極と同じ材料で形成された温度測定用プローブと、前記温度測定用プローブに接続された熱電対とからなる前記ホットプレート上に半導体基板を載置し（このとき、静電チャック等により固定することが好ましい）、前記温度測定用プローブを用いて得られた温度に基づいて、前記発熱電極に電圧を印加する電圧印加手段および前記ホットプレートを冷却する冷却手段を制御することによって、前記半導体基板の温度を所望の温度に保持しながら、前記半導体基板を処理することを特徴とする。
【００１８】
［作用］
本発明においては、プレート本体内に温度測定用プローブを形成している。この種の温度測定用プローブは再現性良く形成できるので、温度測定用プローブの温度を測定することによって、ホットプレートの温度を再現性良く測定できるようになる。
【００１９】
また、ホットプレートとして本発明のものを使用すれば、半導体基板の温度を再現性良く測定できるので、成膜などの半導体基板の処理のばらつきを防止できるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る静電チャック型ホットプレートを示す模式図である。
【００２２】
この静電チャック型ホットプレートは、大きく分けて、半導体基板１を載置するプレート本体としてのアルミナ基板２と、このアルミナ基板２中に埋設され、静電吸着を用いて半導体基板１を電気的にアルミナ基板２に固定するための静電チャック電極３と、アルミナ基板２中に埋設され、静電チャック電極２の下方に位置する発熱電極としての加熱用ヒータ線４と、アルミナ基板２中に設けられ、半導体基板１の中央部と周辺部の温度を測定するための加熱用ヒータ線４と同じ材料で形成された２つの温度測定用プローブ５ａ，５ｂとから構成されている。
【００２３】
アルミナ基板２の裏面においては温度測定用プローブ５ａ，５ｂの端子が露出しており、この露出した端子に熱電対６ａ，６ｂがそれぞれ接続されている。また、静電チャック電極３および加熱用ヒータ線４はそれぞれ電源７，８に接続している。
【００２４】
電源８は温度制御器９に接続しており、この温度制御器９は熱電対６ａ，６ｂによって測定された温度に基づいて、半導体基板１の温度（基板温度）が所定の温度になるように、加熱ヒータ線４に印加する電圧をフィードバック制御するようになっている。熱電対６ａ，６ｂは温度制御器９に繋がっている。
【００２５】
図２および図３は、図１の静電チャック型ホットプレートの製造方法を示す工程断面図である。ここでは、アルミナ基板２を複数のアルミナ製グリーンシート２1 〜２7 を積層して形成する場合について説明する。
【００２６】
まず、図２（ａ）に示すように、第１アルミナ製グリーンシート２1 に温度測定用プローブ５ａ，５b用のスルーホール１０ａ，１０ｂを開孔する。
【００２７】
次に図２（ｂ）に示すように、温度測定用プローブ５ａ，５bの一部を構成する第１Ｗ膜５1 でスルーホール１０a ，１０b の内部を充填した後、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの一部を構成する第２Ｗ膜５2 をスルーホール１０ａ，１０ｂ内の第１Ｗ膜５1 をそれぞれ接続するようにスクリーン印刷により第１アルミナ製グリーンシート２1 上に形成する。
【００２８】
次に図２（ｃ）に示すように、表面が平坦になるように、第２アルミナ製グリーンシート２2 を第１アルミナ製グリーンシート２1 上に形成した後、全面に第３アルミナ製グリーンシート２3 を形成する。
【００２９】
次に図２（ｄ）に示すように、第３アルミナ製グリーンシート２3 に第２Ｗ膜５2 に達するスルーホール１０ａ，１０ｂを開孔した後、これらのスルーホール１０ａ，１０ｂを温度測定用プローブ５ａ，５ｂの一部を構成する第３Ｗ膜５3 で充填する。
【００３０】
次に図３（ｅ）に示すように、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの一部を構成する第４Ｗ膜５4 および加熱用ヒータ線としてのＷ膜４をスクリーン印刷により第３アルミナ製グリーンシート２3 上に形成する。
【００３１】
次に図３（ｆ）に示すように、表面が平坦になるように、第４アルミナ製グリーンシート２4 を第３アルミナ製グリーンシート２3 上を形成する。
【００３２】
次に同図（ｆ）に示すように、スルーホールを有し、その内部が温度測定用プローブ５ａ，５bの一部を構成する第５Ｗ膜５5 で充填された第５アルミナ製グリーンシート２5 を形成した後、第４Ｗ膜５4 と第５Ｗ膜５5 が接続するように、第４アルミナ製グリーンシート２5 上に第５アルミナ製グリーンシート５5 を重ねる。
【００３３】
次に図３（ｇ）に示すように、温度測定用プローブ５ａの一部を構成する第６Ｗ膜５6 および静電チャック電極としてのＷ膜３をスクリーン印刷により第５アルミナ製グリーンシート２3 および第５Ｗ膜２5 上にそれぞれ形成する。
【００３４】
次に図３（ｈ）に示すように、表面が平坦になるように、第６アルミナ製グリーンシート２6 を第５アルミナ製グリーンシート２5 上を形成し、続いて全面に第７アルミナ製グリーンシート２7 を形成した後、第１〜第７アルミナ製グリーンシート２1 〜２7 を焼結する。その後、表面を仕上げ研磨して平坦にする。
【００３５】
最後に、静電チャック電極３および加熱用ヒータ線４を電源７，８にそれぞれ接続し、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの端子に熱電対６ａ，６ｂをそれぞれ接続して、静電チャック型ホットプレートが完成する。
【００３６】
このような製造方法によれば、温度測定用プローブ５ａ，５ｂを構成する第１〜第６Ｗ膜は、静電チャック電極３および加熱用ヒータ線４と同様にスクリーン印刷によって形成するので、再現性良く形成できる。そのため、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの温度を測定することによって、ホットプレートの温度を再現性良く測定できるようになる。さらに温度測定用プローブ５ａ，５ｂの端子と熱電対６ａ，６ｂとの接続も再現性良く行えることも、測定温度の再現性の向上に寄与している。
【００３７】
そして、このようにホットプレートの温度を再現性良く測定できることから、温度制御器９によるフィードバック制御によって、基板温度を所望の温度に高精度に保つことができるようになる。
【００３８】
また、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの端子は露出しているので、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの端子と熱電対６ａ，６ｂとの接続不良が生じても、容易にその修復（熱電対６ａ，６ｂの取り替え）を行うことができる。
【００３９】
また、温度測定用プローブ５ａ，５ｂは静電チャック電極３および加熱用ヒータ線４と同じＷ膜で形成しているので、異なる導電膜で形成する場合に比べて、工程数が少なく済み、プロセスの簡略化を図れるようになる。
【００４０】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る静電チャック型ホットプレートを示す断面図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する（第２の実施形態以降の他の実施形態についても同様）。
【００４１】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの形状が直線になっていることにある。このような単純な形状にすることにより、第１の実施形態に比べて、静電チャック型ホットプレートの製造が容易になる。なお、温度測定用プローブ５ａ，５ｂの形状変化に伴って、熱電対６ａ，６ｂは温度測定用プローブ５ａ，５ｂに同一点でそれぞれ接続されている。
【００４２】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る静電チャック型ホットプレートを示す平面図である。なお、加熱用ヒータ線４は簡単のために線で示してある。
【００４３】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、加熱用ヒータ線４が内周部４inと外周部４outの２つ分割され、それぞれ独立に印加電圧を制御できることにある。また、温度測定用プローブは三つに増え、またその形状は第２の実施形態のそれと同様に直線状のものである。
【００４４】
なお、図中、１１inおよび１１ouはそれぞれ内側ヒータ端子および外側ヒータ端子、１２ａ〜１２ｃはそれぞれ３つの温度測定用プローブの温度測定端子位置を示している。
【００４５】
このような構成であれば、中心から外側に向かって３つの場所での温度が熱電対により測定され、これらの各場所の測定温度に基づいて、加熱用ヒータ線４の内周部４inおよび外周部４outに印加される電圧が温度制御器によってそれぞれ独立に制御されることによって、面内の温度均一性は改善される。また、加熱用ヒータ線の分割数および温度測定用プローブの個数をさらに増やすることにより、面内の温度均一性をさらに改善できるようになる。
【００４６】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係るスパッタ装置を示す模式図である。
【００４７】
本実施形態のスパッタ装置が従来のそれと異なる点は、本発明の静電チャック型ホットプレート２７が採用されていることにある。図には第１の実施形態の静電チャック型ホットプレート２７が示されているが、他の実施形態のそれでも良い。
【００４８】
図中、２１はスパッタ室を示しており、このスパッタ室２１にはＡｒ等のスパッタガス２２を導入するためのスパッタガス導入口２３および図示しない真空ポンプに接続された真空排気口２４が設けられており、スパッタ室２１内を真空排気できるようになっている。
【００４９】
スパッタ室２１の上方にはスパッタターゲット２５を保持したカソード２６が設けられており、一方、スパッタ室２１の下方にはカソード２６と対向するように、静電チャック型ホットプレート２７が設置されたステージ２８が設けられている。このステージ２８内には静電チャック型ホットプレート２７を冷却するための水冷パイプ２９が埋設されている。
【００５０】
次に上記の如く構成されたスパッタ装置を用いたスパッタ方法について説明する。
【００５１】
まず、半導体基板１をスパッタ室２１内に搬送し、静電チャック型ホットプレート２７上に載置する。次に静電チャック電極３に電源７により電圧を印加し、半導体基板１を静電チャック型ホットプレート２７に固定する。次に加熱用ヒータ線４に電源８により電圧を印加し、３０秒後に半導体基板１を４５０℃まで昇温する。次にスパッタターゲット２５にＤＣ電力を投入し、成膜を開始する。なお、加熱用ヒータ線４に供給する電力は、半導体基板１の載置後でも載置前でも良く、プロセスに応じて変えることができる。
【００５２】
成膜中は半導体基板１にプラズマよりエネルギーが与えられるため、半導体基板１の温度は上昇するが、熱電対６ａ，６ｂで測定した温度に基づいて温度制御器９が加熱用ヒータ線４の電源８を制御することによって、半導体基板１の温度は４５０℃に保たれる。
【００５３】
本実施形態において、成膜する膜種は限定されないが、特に正確な温度制御が要求されるプロセス、例えばデュアルダマシン配線としてのＡｌ膜の成膜に有効である。
【００５４】
また、本実施形態では、スパッタ装置の場合について説明したが、ＣＶＤ装置やＲＩＥ装置やＣＤＥ装置やレジストのベーキング装置などの他の半導体製造装置にも適用できる。要は静電チャック型ホットプレートを用いる装置であれば装置の種類は問わない。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明（請求項１〜６）によれば、温度測定用プローブの温度を測定することによって、半導体基板の温度を再現性良く測定できるホットプレートを実現できるようになる。
【００５６】
また、本発明（請求項７，８）によれば、このようなホットプレートを使用することによって、半導体基板の温度を再現性良く測定できるようになるので、成膜などの半導体基板の処理のばらつきを防止できる半導体装置の製造方法を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る静電チャック型ホットプレートを示す模式図
【図２】図１の静電チャック型ホットプレートの製造方法の前半を示す工程断面図
【図３】図１の静電チャック型ホットプレートの製造方法の後半を示す工程断面図
【図４】本発明の第２の実施形態に係る静電チャック型ホットプレートを示す断面図
【図５】本発明の第３の実施形態に係る静電チャック型ホットプレートを示す平面図
【図６】本発明の第４の実施形態に係るスパッタ装置を示す模式図
【図７】従来のホットプレートの温度測定方法を示す断面図
【符号の説明】
１…半導体基板
２…アルミナ基板
２1 〜２7 …第１〜第７アルミナ製グリーンシート
３…静電チャック電極
４…加熱用ヒータ線（発熱電極）
５ａ，５ｂ，５ｃ…温度測定用プローブ
５1 〜５6 …第１〜第６Ｗ膜
６ａ，６ｂ…熱電対
７，８…電源
９…温度制御器
１０ａ，１０ｂ…スルーホール
１１in…内側ヒータ端子
１１out…外側ヒータ端子
１２ａ〜１２ｃ…温度測定端子
２１…スパッタ室
２２…スパッタガス
２３…スパッタガス導入口
２４…真空排気口
２５…スパッタターゲット
２６…カソード
２７…静電チャック型ホットプレート
２８…ステージ
２９…水冷パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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