(57)【要約】      （修正有）【課題】  吸着力の面内分布が均一で、被加熱物の面内温度分布の均一化が向上した静電チャック付きセラミックヒーターを提供する。【解決手段】  基材２の一面に静電チャック用電極５、他面に加熱用電極６を有する静電チャック付きセラミックヒーター１において、基材２が炭素あるいは炭素複合材料からなり、静電チャック用電極５は誘電体層からなる保護膜７によって覆われており、保護膜７（誘電体層）の膜厚が５０〜μｍで、かつ、保護膜７（誘電体層）の静電チャック用電極を覆う部分の最大膜厚と最小膜厚の差が３０μｍ以内である。保護膜７（誘電体層）が熱分解窒化ホウ素からなること、静電チャック用電極５及び加熱用電極６（発熱層）が熱分解グラファイトまたはホウ素が添加された熱分解グラファイトであること、が好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の一面に静電チャック用電極、他面に加熱用電極を有する静電チャック付きセラミックヒーターにおいて、基材が炭素あるいは炭素複合材料からなり、静電チャック用電極は誘電体層からなる保護膜によって覆われており、該保護膜（誘電体層）の膜厚が５０μｍ以上、２００μｍ以下で、かつ、該保護膜（誘電体層）の（静電チャック用電極を覆う部分の）最大膜厚と最小膜厚の差が３０μｍ以内であることを特徴とする静電チャック付きセラミックヒーター。
【請求項２】
前記保護膜（誘電体層）が熱分解窒化ホウ素からなる請求項１記載の静電チャック付きセラミックヒーター。
【請求項３】
前記静電チャック用電極及び加熱用電極（発熱層）が熱分解グラファイトまたはホウ素が添加された熱分解グラファイトである請求項１または請求項２に記載の静電チャック付きセラミックヒーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造工程におけるＣＶＤ装置やスパッタ装置、又は生成薄膜をエッチングするエッチング装置等に使用される、被加熱物である半導体ウエハを加熱しながら保持固定するための静電チャック付きセラミックヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体用のデバイスを作製する際には、半導体ウエハ上にポリシリコン膜や酸化膜、導電体膜、誘電体膜等の薄膜をＣＶＤ装置やスパッタ装置で形成したり、逆にエッチング装置により、これらの薄膜をエッチングしたりする技術が用いられている。
そして、これらの装置において、上記の薄膜の形成やエッチングの品質を保持するには、被加熱物である半導体ウエハを所望の温度に均一に一定に維持することが必要であり、半導体ウエハを保持固定し加熱するチャック付きヒーターが用いられる。
薄膜体の保持固定には、真空（減圧）チャック機構が用いられてきたが、上述の処理を施す半導体ウエハの加熱にあたっては、減圧雰囲気で行われるので、真空（減圧）チャック機構は用いることができず、ヒーター上に半導体ウエハを固定するために静電吸着装置が使用されており、プロセスの高温化に伴ってその材質は樹脂からセラミックに移行している（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
また最近では、これらのセラミック一体型ウエハヒーターと静電吸着装置を合体した静電吸着機能を有するウエハヒーターが提案されている。
【０００４】
基材としてセラミックが用いられることもあった（特許文献３参照）。セラミックは、原料粉体に焼結助剤を添加して焼結された焼結体が用いられている。このようなセラミック基材は、発熱体などの異種材料との熱膨張率差によって生じる熱応力によって歪が生じる。
このセラミック基材と発熱体などの異種材料とからなる静電チャック付きセラミックヒーター上に、例えば半導体ウエハ等を載せて加熱する場合、上記歪が原因となって該ウエハとの面あたり不良を生じさせて温度分布を乱す原因となる。
【０００５】
このような歪を抑える方法として、セラミック基材を厚くして剛性を上げ、台座との固定を強化する方法がある。
しかしながら、このようにして歪を抑えると、セラミック基材内部、及びセラミック基材と発熱体との境界面に熱応力集中を引き起こし、昇降温を繰り返すと焼結粒界やセラミック基材と発熱体との境界面で破損するといった問題が生じるおそれがある。また、セラミック基材を厚くすると熱容量が大きくなり、昇降温に時間がかかってしまうという問題もある。
【０００６】
このような問題を解消するヒーターとして、炭素あるいは炭素複合材料からなる（支持）基材の上に、熱化学気相蒸着法（熱ＣＶＤ法）によって熱分解窒化ホウ素からなる絶縁層を形成し、さらに熱ＣＶＤ法によって成膜された熱分解グラファイトからなる導電層がヒーターパターンに加工されて接合され、さらに該ヒーターパターンの上に熱分解窒化ホウ素等の緻密な層状の保護膜によって覆われた一体型の抵抗加熱方式の複層静電チャック付きセラミックヒーターが開発されている（特許文献４、特許文献５参照）。
【０００７】
この抵抗加熱方式の複層静電チャック付きセラミックヒーターは、高純度で化学的に安定しており、且つ熱衝撃に強いため、急速な昇降温を必要とする様々な分野で使用されている。
例えば、半導体ウエハの製造分野、具体的には、半導体ウエハ等を枚葉式に１枚ずつ処理し、温度を段階的に変えて処理するプロセスで幅広く使用されている。
この複層静電チャック付きセラミックヒーターは、前記したように全体的にＣＶＤ法で作製されているため、粒界が無く、従って脱ガスが無く、真空内プロセスで加熱したときにプロセスに悪影響を与えないことから使用が広がっている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５２−６７３５３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１２４１４１号公報
【特許文献３】特開平４−３５８０７４号公報
【特許文献４】特開平５−１２９２１０号公報
【特許文献５】特開平７−１０６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記複層静電チャック付きセラミックヒーターは、（支持）基材、電極・配線（導電体層）、絶縁・保護膜（誘電体層）等の復数種類の材料による層構造をもつ。これ等の層は、前述したように、ＣＶＤ法にて作成されるが、その反応温度は１５００〜２０００℃にも及び、この工程で反りが発生してしまう。
従来は、この反りを解消するために、載置面を機械加工等により平面化させていた。
特に体積固有抵抗値として高い値をもつ誘電体層（保護膜）の場合、静電チャックの吸着力はクーロン力に支配されるから、誘電体層（保護膜）の膜厚の２乗分の１に比例する。つまり載置面を覆う保護膜の膜厚が厚くなると、吸着力は急速に低下する。また、膜厚分布は面内の吸着力分布に直結し、膜厚分布が大きくなると吸着力の面内バラツキを招き、結果的に被加熱物の温度分布ムラを生じさせてしまう。
【００１０】
一方、吸着力の向上のために膜厚分布を一定にしようとすると載置面の形状が凹形状や凸形状になり易く、これも被加熱物の温度分布ムラを生じさせる。さらに載置面が上述の凹凸形状をしていると、被加熱物が吸着された際に凹凸に沿った形で吸着されるため、中心部と外周部では昇温速度及び吸着力が異なる。
これにより被加熱物と載置面の間で中心から外周に向かう摩擦力が発生し、パーティクルの発生の確率が大きくなる。半導体製造における歩留まり向上にはパーティクルの発生を極力抑えることが非常に重要な課題である。
以上のように、吸着力の面内分布が均一で、被加熱物の面内温度分布の均一化を向上させる技術が所望されている。
本発明は、この所望されている技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、本発明の静電チャック付きセラミックヒーターは、基材の一面に静電チャック用電極、他面に加熱用電極を有する静電チャック付きセラミックヒーターにおいて、基材が炭素あるいは炭素複合材料からなり、静電チャック用電極は誘電体層からなる保護膜によって覆われており、該保護膜（誘電体層）の膜厚が５０μｍ以上、２００μｍ以下で、かつ、該保護膜（誘電体層）の（静電チャック用電極を覆う部分の）の最大膜厚と最小膜厚の差が３０μｍ以内であることを特徴とする。
さらには、前記保護膜（誘電体層）が熱分解窒化ホウ素からなること、前記静電チャック用電極及び加熱用電極（発熱層）が熱分解グラファイトまたはホウ素が添加された熱分解グラファイトであること、が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
誘電体層の膜厚が５０μｍ以上、２００μｍ以下で、かつ、該誘電体層（保護膜）の（静電チャック用電極を覆う部分の）最大膜厚と最小膜厚の差が３０μｍ以内とさせることにより、被加熱物の昇温速度及び面内温度分布の均一化が向上し、半導体製造プロセスに重要なタクトタイムの短縮とともに、デバイス製造の歩留まり向上が可能な静電チャック付きセラミックヒーターを提供できることとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明者は、静電チャック用電極を覆う誘電体層（保護膜）の膜厚に好適範囲があり、かつ、その最大膜厚と最小膜厚との差を所定値内に収めることによって、被加熱物の昇温速度及び面内温度分布が向上し、半導体製造プロセスに重要なタクトタイムの短縮とともにデバイス製造の歩留まりを向上させることができることを知見し、本発明をなすに至った。
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
図１に本発明の静電チャック付きセラミックヒーターの一実施の形態を示す。
図１に示す本発明に属する静電チャック付きセラミックヒーター１は、炭素あるいは炭素複合材料からなる支持基材２の表面に少なくとも一層の絶縁層３、４が形成され、該絶縁層３、４の上に導電体層５、６が形成され、かつ該導電体層５、６の上に少なくとも一層の誘電体層７、８が形成されている。
【００１４】
一方の主面、例えば図１の上面、をウエハの載置面９とし、他方の主面、例えば図１の下面、を加熱面１０とする。載置面９側の導電体層５は、静電チャック用電極であり、加熱面１０側の導電体層６は、加熱用電極である。誘電体層７、８は、保護膜である。
図１では、加熱用電極である導電体層６は、保護膜である誘電体層８の内部に設けられているが、必ずしもこれに限られず、保護膜が設けられず、加熱用電極である導電体層６が表面に設けられているものでも差し支えない。
【００１５】
基材２は、熱分解窒化ホウ素に熱膨張率が近く、耐熱衝撃にすぐれるものであることが必要で、炭素あるいは炭素複合材料からなる。炭素としては、グラファイト等が挙げられ、炭素複合材料の例としては、Ｃ／Ｃコンポジット等が挙げられる。
基材の上に形成される絶縁層３、４は、熱膨張率が基材に近いものであることが必要で、熱分解窒化ホウ素等からなることが推奨される。その層厚は、１００〜４００μｍであることが好ましい。
【００１６】
絶縁層３、４の上に形成させる導電体層５、６は、熱膨張率が絶縁層に近いものであるものが推奨され、熱分解グラファイトが好ましい。その層厚は、５０〜１５０μｍであることが好ましい。熱分解グラファイトまたはホウ素が添加された熱分解グラファイトからなる導電体層５、６の形成方法は、ＣＨ4の熱分解、あるいは、ＣＨ4およびＢＣｌ3の熱分解法がある。
導電体層５、６は、均一な層として先ず形成し、そして、一方の導電体層５は静電チャック用電極として、他方の導電体層（発熱層）６は抵抗加熱用電極として、それぞれ電極パターンに加工する。
【００１７】
導電体層５（静電チャック用電極）は、誘電体層７で被覆され、保護膜とされる。
誘電体層７は、耐熱性、熱伝導率が高いものであることが必要で、窒化アルミニウム、窒化ホウ素等からなることが推奨され、中でも、化学気相蒸着法（熱ＣＶＤ法）によって製造された熱分解窒化ホウ素からなることが特に好ましい。
熱分解窒化ホウ素は、高純度で化学的に安定しており、高温においても高抵抗を保持できるため、リーク電流も少なく、デバイスに与える影響もほとんどない。
誘電体層７の膜厚は、５０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは８０μｍ以上１２０μｍ以下である。２００μｍより厚くなると、吸着力が低下し、被加熱物の昇温速度が極端に遅くなり、生産性が悪くなる。
また５０μｍより薄くなると、高電圧を印加した場合に誘電体層７が絶縁破壊を起こしてしまう。つまり、高い吸着力と絶縁破壊耐電圧特性との両者を満足させるためには、この膜厚範囲であることが重要である。
【００１８】
さらに、誘電体層７の最大膜厚と最小膜厚との差が３０μｍ以内であることが好ましく、３０μｍより大きくなると、面内の吸着量がばらつくことにより、結果として被吸着物の面内温度分布もばらつき、デバイス製造等の歩留まりの低下につながる。この場合、誘電体層７の膜厚の測定方法は、超音波式膜圧計による。
【００１９】
導電体層６は、誘電体層８で被覆され、台座との間の絶縁層とされる。誘電体層８（絶縁層）は、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）を一体コーティングすることが好ましい。その層厚は、１００〜３００μｍであることが好ましい。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例および比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材（支持基材）を用意し、アンモニアと三塩化ホウ素とを含むガスを１８００℃、約１３．３３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）の条件下で反応させて（支持）基材上に熱分解窒化ホウ素からなる保護層を形成した。
次いで、この上にメタンガスを２２００℃、約６６６．６ｋＰａ（５Ｔｏｒｒ）の条件下で熱分解し、厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を形成した。
【００２１】
この熱分解グラファイト層の表面側を電極パターンに加工して静電吸着用電極とし、裏面側をヒーターパターンに加工して発熱層とした。
さらに、この両面上にアンモニアと三塩化ホウ素の混合ガスを２０００℃、約６６６．６ｋＰａ（５Ｔｏｒｒ）の条件下で反応させて、厚さ２００μｍの熱分解窒化ホウ素からなる絶縁層を形成させた。
次いで載置面の膜厚が均一になるよう載置面の加工を行い、膜厚分布が７０〜９０μｍのヒーター機能付き静電チャックを製造した。
このヒーターを３００℃に加熱し、±２０００Ｖの電圧を印加し、温度測定用の熱電対が埋め込まれたシリコンウエハを吸着させ、電圧印加１分後の面内の温度分布を測定したところ、面内の温度分布が２９０〜２９５℃と良好な温度分布を示した。
【００２２】
［実施例２］
面内の膜厚分布が１００〜１１０μｍにした以外は実施例１に従い、静電チャック付きセラミックヒーターを製造した。
このヒーターによる３００℃におけるウエハの温度分布のばらつきΔＴは４℃で、良好な温度分布を示した。
なお、ヒーター形状及びウエハの温度分布を表１に示す。
【００２３】
［比較例１］
面内の膜厚分布が１００〜１８０μｍにした以外は実施例１に従い、静電チャック付きセラミックヒーターを製造した。
このヒーターによる３００℃におけるウエハの温度分布は２５５〜２８５℃であった。
【００２４】
［比較例２］
面内の膜厚分布が４０〜６０μｍにした以外は実施例１に従い、静電チャック付きセラミックヒーターを製造した。
このヒーターを３００℃に加熱し、温度測定用の熱電対が埋め込まれたシリコンウエハを乗せ、電圧をかけていったところ、電圧を±３００Ｖ以上印加することができなくなった。装置より取り外し表面を観察したところ絶縁破壊が認められた。
【００２５】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明によれば、半導体ウェハ等の取り扱いに際して用いる静電チャック付きセラミックヒータにおいて、平面保持性に優れたものが提供され得るので、半導体デバイス製造の産業分野に寄与する処大である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の静電チャック付きセラミックヒーターの一実施の形態を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  静電チャック付きセラミックヒーター
２  （支持）基材
３、４  絶縁層
５、６  導電体層（電極層）
７、８  誘電体層（保護膜）
９  載置面
１０  加熱面
【図１】
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