(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエーハを静電吸着して加熱するに際し、絶縁破壊することなく十分な静電吸着機能を有し、長時間安定して使用することができるウエーハ加熱装置を提供する。【解決手段】支持基材２に発熱体４及び静電吸着用電極３ａ、３ｂが形成され、該発熱体４及び静電吸着用電極３ａ、３ｂの上に絶縁体層５を接合してなり、この絶縁体層５の面方向のシート抵抗（Ω／□）をＡ、絶縁体層５の厚さ方向の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）をＢとした場合、該シート抵抗と体積抵抗率の比（Ａ／Ｂ）を０．０１以上とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基材に発熱体及び静電吸着用電極が形成され、該発熱体及び静電吸着用電極の上に絶縁体層を接合してなる、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置において、絶縁体層の面方向のシート抵抗（Ω／□）をＡ、絶縁体層の厚さ方向の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）をＢとした場合、該シート抵抗と体積抵抗率の比（Ａ／Ｂ）を０．０１以上としたことを特徴とする、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置。
【請求項２】
静電吸着用電極が、一対の双極構造をもつ双極電極からなり、櫛形状又は同心円状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載したウエーハ加熱装置。
【請求項３】
支持基材が、窒化珪素焼結体、窒化硼素焼結体、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体、アルミナ焼結体、窒化アルミニウム焼結体、熱分解窒化硼素、及び熱分解窒化硼素コートグラファイトのいずれかを用いて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載したウエーハ加熱装置。
【請求項４】
支持基材の一方の面に静電吸着用電極が形成され、他方の面に発熱体が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載したウエーハ加熱装置。
【請求項５】
絶縁体層が、窒化珪素、窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合体、アルミナ、窒化アルミニウム、及び熱分解窒化硼素のいずれか１つに、不純物を０．００１〜３０ｗｔ％の範囲で添加したものからなり、その体積抵抗率が１０８〜１０１８Ω・ｃｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載したウエーハ加熱装置。
【請求項６】
静電吸着用電極、発熱体、絶縁体層のうち少なくとも１つが化学気相蒸着法によって形成されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載したウエーハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇温工程を含む半導体デバイスの製造工程、検査工程における半導体ウエーハの加熱プロセスに好適に使用される、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの製造工程等において、半導体ウエーハを加熱する場合には、金属線を巻いたヒーター（タンタルワイヤーヒーター）が使用されていた。しかし、かかるヒーターを使用した場合、半導体ウエーハに対する金属汚染の問題があることから、近年、セラミックス薄膜を発熱体（セラミックスヒーター）として使用したセラミックス一体型ウエーハ加熱装置の使用が提案されている（特許文献１参照）。
セラミックスヒーターの中でも、分子線エピタキシー、ＣＶＤ、スパッタリング等の工程でウエーハを加熱する場合は、セラミックス基体内からのアウトガスが無く、高純度、耐熱衝撃性に優れた熱分解窒化硼素（ＰＢＮ）と熱分解黒鉛（ＰＧ）の複合セラミックスヒーターを用いることが有効とされている（特許文献２参照）。この複合セラミックスヒーターは、従来のタンタルワイヤーヒーターに比べて、装置への装着が容易で、また、熱変形、断線、ショート等のトラブルを起さないので使いやすく、しかも、面状ヒーターであるため、比較的、均等な加熱が得られやすいという利点もある。
【０００３】
半導体ウエーハの加熱にあたっては、ヒーター上に半導体ウエーハを固定するために、減圧雰囲気で静電吸着装置が使用される。そして、静電吸着装置の材質としては、加熱プロセスの高温化に伴い、樹脂からセラミックスに移行している（特許文献３、４参照）。
また、最近では、セラミックス一体型ウエーハ加熱装置と静電吸着装置を合体した静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置が提案されており、例えば、エッチング工程などの低温域では、静電吸着装置の絶縁体層にアルミナを用いたもの（非特許文献１参照）、ＣＶＤ工程などの高温域においては、静電吸着装置の絶縁体層に熱分解窒化硼素を用いたものが使用されている（特許文献５〜８参照）。
【０００４】
静電吸着力は、非特許文献１に記載されているように、静電吸着装置の絶縁体層の体積抵抗率が低くなれば強くなるが、体積抵抗率が低すぎるとリーク電流によるデバイスの破損が生じる。そのため、静電吸着装置の絶縁体層の体積抵抗値は１０８〜１０１８Ω・ｃｍ  、特には１０９〜１０１３Ω・ｃｍであることが望ましいとされる。
【０００５】
静電吸着装置の電圧が印加される電極の形状によって、静電吸着装置は、単極型、双極型、櫛形電極型の３種類に分類される。これらの静電吸着装置のうち、単一の内部電極をもつ単極型では、被吸着物を接地する必要があるのに対して、一対の内部電極をもつ双極型や、一対の電極が櫛形に形成されている櫛形電極型では、２つの電極各々に正負の電圧が印加されることから、被吸着物であるウエーハを接地する必要がない。そのため、半導体用の静電吸着装置では、双極型、櫛形電極型のタイプが多く使用されている。
【０００６】
近年、分子線エピタキシー装置、ＣＶＤ装置、及びスパッタリング装置に、セラミックス製の静電吸着装置が搭載されるようになってきたが、半導体デバイスの製造工程の中には５００℃を超えるような高温での使用要求も増えてきている。
ところが、前記したように、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置の絶縁体層にアルミナを用いた場合には、５００〜６５０℃の中高温域において、抵抗値が低くなりすぎて、リーク電流によるデバイスの破損が発生してしまうという問題があった。
また、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置の絶縁体層に熱分解窒化硼素を用いた場合には、上記中高温域で抵抗値が高くなりすぎるため、十分な静電吸着力が得られないという問題があった。
【０００７】
このような問題を解決すべく、静電吸着装置の絶縁体層に１〜２０重量％の炭素を含有する熱分解窒化硼素を用いたもの（特許文献９参照）、あるいは、静電吸着装置の絶縁体層に１〜１０重量％の珪素を含有する熱分解窒化硼素を用いたもの（特許文献１０参照）など、５００〜６５０℃の中高温域においても、抵抗値が適度で十分な静電吸着力を有するウエーハ加熱装置が提案されている。
【０００８】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【特許文献１】
特公昭３３−３５４１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−２４１９２１号公報
【特許文献３】
特開昭５２−６７３５３号公報
【特許文献４】
特開昭５９−１２４１４０号公報
【特許文献５】
特開平４−３５８０７４号公報
【特許文献６】
特開平５−１０９８７６号公報
【特許文献７】
特開平５−１２９２１０号公報
【特許文献８】
特開平５−１５２０１５号公報
【特許文献９】
特開平９−２７８５２７号公報
【特許文献１０】
特開平８−２２７９３３号公報
【非特許文献１】
ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、静電吸着装置の機能上、ウエーハを吸着するには、高電圧を印加する必要があるものの、使用域が高温になればなるほど、双極型の静電吸着装置では一対の電極と電極との間にリーク電流が多く流れ、最悪の場合は絶縁体層が絶縁破壊を起こし、吸着機能を失うという問題が生じていた。
そして、絶縁層が絶縁破壊を起こした場合は、この静電吸着装置は交換するために、半導体デバイスの製造工程をストップさせなければならず、これが製造コストを上昇させる要因となっていた。
そこで、本発明は、ウエーハを静電吸着して加熱するに際し、絶縁破壊することなく十分な静電吸着力を有し、長時間安定して使用することができ、吸着力不足によるデバイス製造時のウエーハ脱離の問題、及び半導体デバイス製造設備停止による製造コストの上昇といった従来の問題を解決した、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、絶縁体層の面方向のシート抵抗と絶縁体層の厚さ方向の体積抵抗率との比が小さくなると、十分な静電吸着力が得られ、絶縁破壊も生じないことを見出し、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、支持基材に発熱体及び静電吸着用電極が形成され、該発熱体及び静電吸着用電極の上に絶縁体層を接合してなる、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置において、絶縁体層の面方向のシート抵抗（Ω／□）をＡ、絶縁体層の厚さ方向の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）をＢとした場合、該シート抵抗と体積抵抗率の比（Ａ／Ｂ）を０．０１以上としたことを特徴とする、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
本発明のウエーハ加熱装置の構造は、支持基材に発熱体及び静電吸着用電極が形成され、該発熱体及び静電吸着用電極の上に絶縁体層を接合してなるものであれば、特に限定はされない。本発明の具体例としては、図１の概略断面図に例示したように、支持基材２の一方の面に発熱体４が形成され、その上に絶縁体層５が接合され、他方の面に静電吸着用電極３ａ、３ｂが形成され、その上に絶縁体層５が接合された構造を有するウエーハ加熱装置１が挙げられる。
【００１２】
本発明のウエーハ加熱装置は、ウエーハ吸着時の温度において、絶縁体層の面方向のシート抵抗（Ω／□）をＡ、絶縁体層の厚さ方向の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）をＢとした場合、該シート抵抗と体積抵抗率の比（Ａ／Ｂ）を０．０１以上としたことを特徴とする。この比が０．０１未満であると、静電吸着力が発生せず、また、最悪の場合には、双極構造の電極間で絶縁破壊が発生し、静電吸着機能を発揮しなくなるという不具合が生じる。これは、双極構造の電極間において、絶縁体層を直接通るリーク電流の割合が大きくなり、ウエーハ吸着に寄与するウエーハへのリーク電流が小さくなったため、静電吸着力が低下するものと考えられる。
したがって、シート抵抗と体積抵抗率の比（Ａ／Ｂ）は、０．０１以上、好ましくは０．１以上とすることにより、双極の電極間で絶縁破壊を起こすことなく、実用上充分な静電吸着力が発生して、上記不具合は解消される。
また、シート抵抗と体積抵抗率の比（Ａ／Ｂ）の上限値は、特に限定されないが、通常、１０万以下であり、特には、１万以下とするのが、電極とウエーハ間の絶縁耐圧を確保する理由から好ましい。
【００１３】
前記したシート抵抗と体積抵抗率の比（Ａ／Ｂ）を変更・調節する手段としては、例えば、異方性をもたせるように、絶縁体層内に不純物を添加・分散させたり、あるいは、アニーリングして結晶性に配向性をもたせたり、また、気相成長法により絶縁体層を形成する場合は、原料ガス種、反応温度、反応圧力などを変更することが挙げられる。
【００１４】
本発明のウエーハ加熱装置では、静電吸着用電極が一対の双極構造の双極電極からなり、櫛形又は同心円状に形成されていることが望ましい。これにより、ウエーハに対する吸着力が安定化する。
静電吸着用電極の材料としては、特に制限されるものではなく、例えば、熱分解グラファイトが挙げられる。
【００１５】
また、本発明のウエーハ加熱装置では、支持基材が、窒化珪素焼結体、窒化硼素焼結体、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体、アルミナ焼結体、窒化アルミニウム焼結体、熱分解窒化硼素、及び熱分解窒化硼素コートグラファイトのいずれかを用いて形成されていることが好ましい。その理由は、これらの材質は、５００〜６５０℃の中高温域においても物性が安定しているからである。
【００１６】
さらに、前記支持基材には、一方の面に静電吸着用電極が形成され、他方の面に発熱体が形成されていることが好ましい。その理由は、静電吸着用電極と発熱体を同一面に形成した場合は、静電吸着用電極と発熱体との間で絶縁破壊を起こす危険性があるからである。
発熱体の材料としては、特に制限されるものではなく、例えば、熱分解グラファイトが挙げられる。
【００１７】
絶縁体層の材質としては、窒化珪素、窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合体、アルミナ、窒化アルミニウム、及び熱分解窒化硼素のいずれか１つからなり、それに不純物を０．００１〜３０ｗｔ％の範囲で添加されて、体積抵抗率を１０８〜１０１８Ω・ｃｍの範囲に調整したものが好ましい。このような材質からなる絶縁体層であれば、５００〜６５０℃の中高温域においても、物性が安定して、静電吸着力も十分発揮される。上記不純物としては、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｓｉ、Ｃ、Ｙ、Ａｌ等が挙げられる。
【００１８】
さらに、本発明のウエーハ加熱装置において、静電吸着用電極、発熱体、絶縁体層のうち少なくとも１つが、化学気相蒸着法によって形成されたものであることが好ましい。これらを化学気相蒸着法により形成すると、所望の厚さに均一に形成させることができ、剥離やパーティクルの発生を防ぐことができる。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２０】
（実施例１〜８、比較例１〜３）
アンモニアと三塩化硼素を混合した気体を、１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、直径２００ｍｍ、厚さ２０ｍｍのグラファイト基材の上に、熱分解窒化硼素を形成させ、熱分解窒化硼素コートグラファイト基材（支持基材）を作製した。
次いで、この支持基材上で、メタンガスを２２００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解させて、厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を支持基材上に設けた。そして、支持基材の一方の表面に同心円状に交互に配置された双極型の静電吸着用電極が形成され、他方の表面（裏面）にヒーターが形成されるように、熱分解グラファイト層をパターン加工して、それぞれ静電吸着用電極、発熱層とした。
更に、この両面の上で、アンモニアと三塩化硼素とメタンを混合した気体を、１９００〜２０００℃、１〜２００Ｐａの範囲内で、反応温度、反応圧力を変えて反応させることにより（図１参照）、厚さ２００μｍの炭素含有熱分解窒化硼素からなる絶縁体層を設けた。
そして、最後に、ウエーハ吸着面を鏡面研磨して、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置を作製した（実施例１〜８、比較例１〜３）。  なお、炭素含有熱分解窒化硼素絶縁体層は、公知文献（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏｌ．６５（１９８９））、特開平９−２７８５２７号公報を参考にして作製することができる。
【００２１】
絶縁体層の製造条件を種々変えたウエーハ加熱装置における、絶縁体層の面方向のシート抵抗（Ω／□）と厚さ方向の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）との比（シート抵抗／体積抵抗率）を測定した後、６５０℃まで昇温させた状態で、双極電極間に±５００Ｖの電圧を印加してウエーハを吸着させ、その際の吸着力を各ウエーハ加熱装置（実施例１〜８、比較例１〜３）について測定した。
なお、絶縁体層の面方向のシート抵抗と厚さ方向の体積抵抗率の測定は、ＪＩＳ規格（Ｋ６９１１−１９９５  ５．１３抵抗率）に準じて行った。また、測定機械として、ダイヤインスツルメンツ製のハイレスターＩＰ  ＭＣＰ−ＨＴ２６０（商品名）、プローブとして、ＨＲＳプローブを使用して、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置の中心付近で、室温、湿度５０％の環境で行った。
ウエーハの吸着力測定は、真空中（１０Ｐａ）で、図２に示したように、吸着させたシリコン製の治具６を引き上げて、治具６が剥がれる時のロードセル７の値を吸着力とした。
表１に実施例１〜８、比較例１〜３の測定結果をまとめた。この表１からわかるように、絶縁体層の面方向のシート抵抗と厚さ方向の体積抵抗率との比が０．０１未満になると、吸着力がほとんど発生せず、絶縁破壊に至るもの（比較例３）もあった。一方、上記比が０．０１以上の場合は、十分な吸着力を発生し、絶縁破壊も発生しなかった。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【発明の効果】
本発明のウエーハ加熱装置によれば、双極電極間での絶縁破壊することなしに中高温域でも安定して長時間使用でき、吸着力不足によるデバイス製造時のウエーハ脱離の問題、及び半導体デバイス製造設備停止による製造コストの上昇といった問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエーハ加熱装置の構成を例示した概略断面図である。
【図２】ウエーハの吸着力の測定方法を例示した概略断面図である。
【符号の説明】
１…静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置
２…支持基材
３ａ、３ｂ…双極型静電吸着用電極
４…発熱体
５…絶縁体層
６…シリコン製治具
７…ロードセル
【図１】
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【図２】
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