(57)【要約】【課題】耐熱衝撃性に優れ、剥離の問題がなく、５００〜８００℃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上、リーク電流によるデバイスの破損の発生がなく、急速な昇高温でも安定して使用できる静電吸着機能を有する加熱装置を提供する。【解決手段】少なくとも、支持基材２と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極４及び発熱層５と、該静電吸着用電極及び発熱層上に形成された絶縁体層６とを含む静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記静電吸着用電極及び／又は発熱層が、ホウ素及び／又は炭化ホウ素を、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイトからなり、かつ前記絶縁体層が、１０６〜１０１５Ωｃｍの電気抵抗率を有するものからなることを特徴とする静電吸着機能を有する加熱装置１。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、支持基材と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極及び発熱層と、該静電吸着用電極及び発熱層上に形成された絶縁体層とを含む静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記静電吸着用電極及び／又は発熱層が、ホウ素及び／又は炭化ホウ素を、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイトからなり、かつ前記絶縁体層が、１０６〜１０１５Ωｃｍの電気抵抗率を有するものからなることを特徴とする静電吸着機能を有する加熱装置。
【請求項２】
前記静電吸着用電極及び発熱層が、前記支持基材上に形成された保護層を介して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
【請求項３】
前記支持基材が、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
【請求項４】
前記保護層が、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び熱分解窒化ホウ素のいずれかからなることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
【請求項５】
前記絶縁体層が、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムと窒化ホウ素の混合体、熱分解窒化ホウ素、カーボンが添加されてなる熱分解窒化ホウ素、及びカーボンとシリコンが添加されてなる熱分解窒化ホウ素のいずれかからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
【請求項６】
前記保護層、静電吸着用電極、発熱層、及び絶縁体層のうち少なくとも１つが、化学気相蒸着法により形成されたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電吸着機能を有する加熱装置に関し、具体的には、昇温工程を含む半導体デバイスの製造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における半導体ウエーハの加熱には、金属線を巻いたヒータが使用されていた。しかし、このヒータを使用した場合には、半導体ウエーハヘの金属汚染の問題があったため、近年、セラミックス薄膜を発熱層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（例えば、特開平４−１２４０７６号公報参照）。
【０００３】
また、半導体ウエーハの加熱にあたっては、ヒータ上に半導体ウエーハを固定するために減圧雰囲気では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スに移行している（特開昭５２−６７３５３号、特開昭５９−１２４１４０号公報参照）。
【０００４】
また最近では、これらの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いる。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（ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４参照）、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ホウ素を用いたもの（特開平４−３５８０７４号、特開平５−１０９８７６号、特開平５−１２９２１０号公報、特開平７−１０６６５号参照）が使用されている。
【０００５】
一方、上記文献（ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４）に記載されているように、静電吸着力は絶縁体層の体積抵抗率（電気抵抗率）が低くなれば強くなるが、低過ぎるとリーク電流によるデバイスの破損が生じるため、静電吸着装置の絶縁体層の体積抵抗率は１０１０〜１０１３Ωｃｍであることが望ましいとされている。
【０００６】
しかしながら、上記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℃から８００℃までの中高温域において、抵抗値が低くなり過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る。また、熱分解窒化ホウ素を用いた場合には、上記中高温域で抵抗値が高くなり過ぎるため、十分な静電吸着力が得られないという問題があった。
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ホウ素を用い（特開平９−２７８５２７号公報参照）、５００〜８００℃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ものが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の静電吸着機能を有する加熱装置は、熱分解グラファイトの発熱層及び静電吸着用電極の上に熱分解窒化ホウ素の絶縁体層を接合しているため、接合がファンデルワールス力による弱い結合であり、繰り返しの昇降温で接合境界部分で剥がれが生じてしまうという問題がある。
一方、ウエーハの処理枚数を上げるためには、急速な昇降温速度が必須となっており、熱衝撃に強いものが要求されている。
従って、耐熱衝撃性に優れ、剥離の問題がなく、５００〜８００℃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信頼性の高いウエーハ加熱装置の開発が望まれている。
【０００８】
そこで本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、すなわち、耐熱衝撃性に優れ、剥離の問題がなく、５００〜８００℃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上、リーク電流によるデバイスの破損の発生がなく、急速な昇降温でも安定して使用できる静電吸着機能を有する加熱装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため、静電吸着機能を有する加熱装置の中高温域における静電吸着力の低下と熱衝撃による接合境界部分の剥離を防止し、中高温域における静電吸着力が高く、耐熱衝撃性に優れた加熱装置について種々検討を行った。その結果、支持基材上にホウ素及び／又は炭化ホウ素を、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極と発熱層を形成し、さらにその上に、電気抵抗率が１０６〜１０１５Ωｃｍを有する絶縁体層を形成することにより、耐熱衝撃性に優れるとともに、中高温域での静電吸着力の低下が起こらず十分な静電吸着力が得られ、さらには発熱層の抵抗率温度依存性が小さいために温度制御性が良好であり、長期にわたり安定して使用できるという有利性が得られることを知見し、本発明をなすに至った。
【００１０】
すなわち、本発明によれば、少なくとも、支持基材と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極及び発熱層と、該静電吸着用電極及び発熱層上に形成された絶縁体層とを含む静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記静電吸着用電極及び／又は発熱層が、ホウ素及び／又は炭化ホウ素を、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイトからなり、かつ前記絶縁体層が、１０６〜１０１５Ωｃｍの電気抵抗率を有するものからなることを特徴とする静電吸着機能を有する加熱装置が提供される（請求項１）。
【００１１】
このように、支持基材上にホウ素及び／又は炭化ホウ素を、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極及び／又は発熱層が形成され、さらにその上に電気抵抗率が１０６〜１０１５Ωｃｍである絶縁体層が形成されたものとすることで、静電吸着用電極及び発熱層のアンカー効果が優れ、また、静電吸着用電極及び発熱層に添加したホウ素と、保護層及び絶縁体層中の窒素が化学的に結合して結合が強くなり、絶縁体層の剥離の問題がなく、５００〜８００℃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上、リーク電流によるデバイスの破損の発生がない静電吸着機能を有する加熱装置とすることができる。
【００１２】
静電吸着用電極及び発熱層は、支持基材上に形成された保護層を介して形成されていることが好ましい（請求項２）。
このように支持基材上の保護層を介して静電吸着用電極及び発熱層が形成されていれば、支持基材に含まれる不純物、ガス等による汚染等を防止することができる。
【００１３】
支持基材としては、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなるものが好ましい（請求項３）。
このような材質からなる支持基材であれば、５００〜８００℃の中高温域においても物性が安定しているため望ましい。
【００１４】
また、保護層は、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム及び熱分解窒化ホウ素のいずれかからなることが好ましい（請求項４）。
このような材質からなる保護層が支持基材上に形成されていれば、高温でも安定し、剥離することもほとんどない。
【００１５】
また、絶縁体層は、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムと窒化ホウ素の混合体、熱分解窒化ホウ素、カーボンが添加されてなる熱分解窒化ホウ素、及びカーボンとシリコンが添加されてなる熱分解窒化ホウ素のいずれかからなることが好ましい（請求項５）。
このような材質からなる絶縁体層であれば、静電吸着用電極及び発熱層上にアンカー効果によって強く密着、接合し、昇降温の繰り返しによっても絶縁体層が剥がれるようなことはほとんどなく、長寿命の静電吸着機能を有する加熱装置とすることができる。
【００１６】
さらに、保護層、静電吸着用電極、発熱層、及び絶縁体層のうち少なくとも１つが、化学気相蒸着法により形成されたものであることが好ましい（請求項６）。
このように化学気相蒸着法によりそれぞれ形成すれば、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。特に、静電吸着用電極及び発熱層に関しては、化学気相蒸着法により、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイト層を有利に形成することができ、これを加工してアンカー効果に優れた静電吸着用電極と発熱層とすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の一例を示している。静電吸着機能を有する加熱装置１は、円板状の支持基材２上に形成された保護層３を介して静電吸着用電極４及び発熱層５が形成され、さらに、該静電吸着用電極４及び発熱層５上に絶縁体層６が形成されている。なお、図示されていないが、外部電源と接続された静電吸着用給電端子と発熱層給電端子が、それぞれ静電吸着用電極４と発熱層５に設けられ、これらを通じてそれぞれ電気が供給される。
【００１８】
そして、半導体ウエーハを加熱する場合は、ウエーハは、支持基材２の表面側の絶縁体層６の上に静電吸着用電極４によって吸着固定され、支持基材２の裏面側の導電性発熱層５によって加熱されるようになっている。
以下、加熱装置１の各構成について具体的に説明する。
【００１９】
支持基材２は特に限定されるものではないが、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなるものであれば、５００〜８００℃の中高温域においても物性が安定しており、特にグラファイトは２０００℃以上の高温まで安定しているため望ましい。
支持基材２の形状は特に限定されず、例えば円盤状、円筒状、凸部や凹部のある円盤又は円筒状などでもよい。
【００２０】
支持基材２上に形成される保護層３は、基材２に含まれる不純物、ガス等がその後の作製プロセスに影響を及ぼすのを防止する。このような保護層３は、支持基材２が例えばグラファイトからなる場合は絶縁性を確保するため必須であるし、酸化を防止するためにも必要である。一方、支持基材２が絶縁体であるなら、保護層は必ずしも形成されていなくても良いが、保護層３を形成しておけば上記のような不純物等による汚染などを防ぐことができるので好ましい。
【００２１】
保護層３の材質としては、高温まで安定しているものが好ましく、窒化ケイ素、窒化ホウ素、熱分解窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどが挙げられる。
また、保護層３の厚さに関しては、厚過ぎると支持基材との熱膨張の差により剥離し易くなり、薄過ぎると不純物、ガス等がピンホールより透過してその後の作製プロセスに悪影響を及ぼすおそれがあるので、１０〜３００μｍ、特に３０〜１５０μｍとすることが望ましい。
【００２２】
静電吸着用電極４及び発熱層５は、ホウ素及び／又は炭化ホウ素を、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイトで形成されている。
このように形成された静電吸着用電極４と発熱層５は、アンカー効果を有したものとなる。従って、その上に形成された絶縁体層は良好に密着、接合し、昇降温の繰り返しによっても絶縁体層の剥がれを防止することができる。
また、ホウ素及び／又は炭化ホウ素を上記範囲で含有する熱分解グラファイトは、抵抗率の温度依存性を小さくする性質を有している。そのため、発熱層にこれを用いることで温度制御性が良くなるという利点もある。
なお、ホウ素濃度にして０．００１重量％未満だとアンカー効果が得られず、一方、３０重量％を超えると粒成長が大きすぎるため膜にならずに静電吸着用電極や発熱層としての機能を発揮することができないなどの問題がある。
【００２３】
静電吸着用電極４及び発熱層５の厚さは特に限定されないが、１０〜３００μｍ、特に３０〜１５０μｍとすることが望ましく、この程度の厚さの静電吸着用電極と発熱層とすれば、ウエーハ等の被加熱物を好適に静電吸着して加熱することができる。
【００２４】
さらに、静電吸着用電極４及び発熱層５の上に形成される絶縁体層６は、１０６〜１０１５Ωｃｍの電気抵抗率を有するものとする。この範囲の電気抵抗率を有する絶縁体層が形成されていれば、５００℃から８００℃までの中高温域において抵抗値が適度となり、リーク電流によるデバイスの破損が発生せず、十分な静電吸着力を得ることができる。
このような絶縁体層６は、好ましくは、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウムと窒化ホウ素の混合体、熱分解窒化ホウ素、カーボンが添加されてなる熱分解窒化ホウ素、及びカーボンとシリコンが添加されてなる熱分解窒化ホウ素のいずれかからなるものとすることができる。
【００２５】
絶縁体層６の厚さも特に限定されないが、５０〜５００μｍ、特に７０〜１５０μｍとすることが望ましい。
なお、一般に厚さが５０〜５００μｍの絶縁体層を形成させた場合、静電吸着用電極あるいは発熱層の接合面が平滑であると熱膨張率の差によって容易に剥離してしまうが、本発明では、強いアンカー効果を有する静電吸着用電極４及び発熱層５が形成されているため、繰り返し昇降温を行っても絶縁体層６の剥離が防がれる。
また、上記の厚さの絶縁体層とすることで、十分な絶縁力を有するとともに５００〜８００℃の中高温域においても電気抵抗率が適度な大きさとなり、十分な静電吸着力を保つことができる。
【００２６】
本発明に係る静電吸着機能を有する加熱装置の製造方法は特に限定されないが、化学気相蒸着法により好適に製造することができる。
例えば、静電吸着用電極と発熱層を形成させる場合は、メタンガスを１０００〜２５００℃、１〜１０Ｔｏｒｒの条件下で反応させ、同一反応室内にハロゲン化ホウ素をホウ素濃度として０．００１〜３０重量％の範囲で導入して例えば表面に保護層を有するグラファイトからなる支持基材上に熱分解グラファイト層を形成し、次いでこの熱分解グラファイト層を基材の表面側は静電吸着用電極４のパターンに、裏面側は発熱層５のパターンに加工すれば良い。このようにホウ素及び／又は炭化ホウ素を、ホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有する熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極４と発熱層５を化学気相蒸着法により形成すれば、表面に微小な凹凸が形成され、非常に優れたアンカー効果を発揮することができ、その上に形成された絶縁体層の剥離を効果的に防ぐことができる。
【００２７】
保護層及び絶縁体層についても化学気相蒸着法により同様に形成させることができ、このように形成された各層は、純度が高く、剥離やパーティクルの発生が抑制されたものとなる。
なお、前記したように支持基材によっては保護層は必須ではないため、この場合は図２のように支持基材２上に直接、静電吸着用電極４及び発熱層５を形成させても良く、その他の構成は図１と同じとした静電吸着機能を有する加熱装置１１とすることができる。
【００２８】
【実施例】
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を用意し、アンモニアと三塩化ホウ素とを１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて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、この上でメタンガスを２２００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解し、同一反応室内にハロゲン化ホウ素をホウ素濃度として０．００１〜３０重量％の範囲で導入することによってホウ素と炭化ホウ素が混在した厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を形成した。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とメタンを１６００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、厚さ２００μｍの炭素含有熱分解窒化ホウ素絶縁体層を形成し、静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置を作製した。この絶縁体層の電気抵抗率は、１０８〜１０１３Ωｃｍであった。
【００２９】
このものを１００℃から１０００℃まで１分、１０００℃から１００℃まで５分の昇降温速度で昇降温を１００００回繰り返して試験（昇降温試験）を行ったが、電極及び発熱層と絶縁体層の接合部で剥離は観察されず、５００℃におけるウエーハ上の温度分布は±４℃で変化しなかった。
【００３０】
（比較例１）
比較のためにメタンガスを２２００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解し、同一反応室内にハロゲン化ホウ素を導入せずに厚さ１００μｍ熱分解グラファイトを電極及び発熱層として形成したこと以外は、実施例１と同様に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。得られた加熱装置について同様の試験を行ったところ、試験前５００℃におけるウエーハ上の温度分布は±４℃であったが、昇降温試験では、ほぼ５００回で剥離が生じ、表面が盛り上がってしまってウエーハ吸着が不可能になってしまった。
【００３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、支持基材のほか、静電吸着用電極や発熱層の形状は図１及び図２のものに限定されない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の静電吸着機能を有する加熱装置は、静電吸着用電極及び発熱層を、ホウ素及び／又は炭化ホウ素がホウ素濃度にして０．００１〜３０重量％の範囲で含有された熱分解グラファイトからなるものを形成したことで、強いアンカー効果を発揮し、その上に形成される絶縁体層が剥離することがない。
さらに、発熱層の抵抗率温度依存性が小さいことから温度制御性が良好であるという効果も併せ持つ。
【００３３】
従って、耐熱衝撃性に優れ、繰り返しの昇降温しても剥離が生じず、５００〜８００℃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上、リーク電流によるデバイスの破損の発生がなく、急速な昇降温でも安定して使用できる静電吸着機能を有する加熱装置となる。そのため、デバイスの製造工程などにおいて、この加熱装置を用いてウエーハの加熱を行えば、デバイス歩留りが向上し、また、長期にわたり安定して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の他の例を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１，１１…静電吸着機能を有する加熱装置、　２…支持基材、　３…保護層、
４…静電吸着用電極、　５…発熱層、　６…絶縁体層。
【図１】
2004023024.tif 000003
【図２】
2004023024.tif 000004