(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板の一方の面に導電性発熱層を、他方の面に導電性の静電吸着用電極を形成し、更にこれら発熱層及び静電吸着用電極を覆うように絶縁層が形成された構成の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、前記静電吸着用電極を覆う絶縁層が、静電吸着電極側部分の表面抵抗率（ρｓＥ）と被吸着物側部分の表面抵抗率（ρｓＳ）との比（ρｓＥ／ρｓＳ）が１００以下で、ρｓＥ及びρｓＳはそれぞれ１×１０8Ω／□以上であり、かつ中間部の表面抵抗率が２×１０8〜９×１０14Ω／□であり、静電吸着電極側部分の表面抵抗率（ρｓＥ）より被吸着物側部分の表面抵抗率（ρｓＳ）が小さいものとなるように、化学気相蒸着法にて積層方向に傾斜変化させて１００〜３００μｍの厚さに形成してなることを特徴とする静電吸着機能を有するウエハ加熱装置。
【請求項２】
前記絶縁層は、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化硼素と窒化珪素の混合体、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合体、イットリアのいずれか１つ以上からなり、０．００１質量％以上３０質量％以下の範囲で抵抗調整材を含有させて表面抵抗率を調整したことを特徴とする請求項１記載の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置。
【請求項３】
前記抵抗調整材が、硼素、珪素、炭素、アルミニウム、イットリウム、チタン、炭化硼素のいずれか１種以上であることを特徴とする請求項２記載の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置。
【請求項４】
前記支持基材が、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、熱分解窒化硼素コートグラファイトのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置。
【請求項５】
前記静電吸着用電極が、一対の双極構造となっており、櫛形又は同心円状に双極電極が交互に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置。
【請求項６】
前記静電吸着用電極、発熱体のうち少なくとも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１項記載の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ハ加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの製造工程における半導体ウエハの加熱には、金属線を巻いたヒーターが使用されていた。しかし、このヒーターを使用した場合には、半導体ウエ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体として使用したセラミックス一体型ウエハ加熱装置の使用が提案されている（特開平４−１２４０７６号公報）。
中でも、分子線エピタキシーやＣＶＤ、スパッタリング等におけるウエハの加熱方法としては、基体内からのアウトガスがなく、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）の複合セラミックヒーターを用いることが有効とされており（特開昭６３−２４１９２１号公報）、このようなヒーターであると従来のタンタルワイヤーヒーターに比べて装着が容易で、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、しかも面上ヒーターであるため、比較的均熱が得られやすいという利点もある。
この半導体ウエハの加熱にあたっては、ヒーター上に半導体ウエ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号公報、特開昭５９−１２４１４０号公報参照）。【０００３】
また最近では、これらのセラミックス一体型ウエ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層に熱分解窒化ほう素を用いたもの（特開平４−３５８０７４号公報、特開平５−１０９８７６号公報、特開平５−１２９２１０号公報参照）が使用されている。
「ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４」に記載されているように、静電吸着力はこの絶縁層の体積抵抗率が低くなれば強くなるが、低すぎるとリーク電流によるデバイスの破損が生じるため、静電吸着装置の絶縁層の体積抵抗値は１０8〜１０18Ω／ｃｍ、好ましくは１０9〜１０13Ω／ｃｍであることが望ましいとされる。【０００４】
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チャックは３種類に分類される。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り、それ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ハを接地する必要がなく、半導体用では後者のタイプが多く使われている。
近年、分子線エピタキシーやＣＶＤ、スパッタリング装置で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。
上記静電吸着機能を有するウエ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℃まで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る。また、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。【０００５】
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質量％の炭素を含有する熱分解窒化硼素を用いたもの（特開平９−２７８５２７号公報）、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（特開平８−２２７９３３号公報）、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ものが提案されている。
しかしながら、静電吸着装置の機能上、ウエハを吸着するのに高電圧を印加する必要があり、絶縁層に帯電した電荷により印加電圧を切っても残留吸着力が発生し、剥がす際にウエハの位置ずれが発生し、自動搬送に支障をきたすという問題があった。使用域が高温になればなるほど、双極型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。絶縁膜が絶縁破壊を起こした場合は、この静電吸着装置は交換となってしまい、半導体デバイスの製造工程をストップさせるため、コストアップの要因となっていた。そこで、高温域でも長寿命で安定して使用できる静電吸着装置が望まれていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記要望に応えたもので、ウエハを静電吸着して加熱するに際し、高温中でも絶縁破壊することなく、十分な静電吸着力を有し、被加熱物（ウエハ）の残留吸着が防止された静電吸着機能を有するウエハ加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、支持基板の表面の一方の面に導電性発熱層を、他方の面に導電性の静電吸着用電極を形成し、更にこれら発熱層及び静電吸着用電極を覆うように絶縁層が形成された構成の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、静電吸着用電極を覆う絶縁層の表面抵抗率を以下のようにすることにより問題を解決できることを見出した。即ち、静電吸着電極の直近部の表面抵抗率ρｓＥよりも被吸着物の直近部の表面抵抗率ρｓＳを小さくすることにより、印加電圧を切っても残留吸着力が発生せず、絶縁層に帯電した電荷が消失しやすくなり、ウエハを剥がす際に位置ずれは発生しなくなること、また、静電吸着電極直近部の表面抵抗率ρｓＥと被吸着物直近部の表面抵抗率ρｓＳとの比（ρｓＥ／ρｓＳ）が１００以下で、ρｓＥとρｓＳをそれぞれ１×１０8Ω／□以上とすることにより、室温付近から５００〜６５０℃の中高温域においても、長期間に亘り安定して双極電極間で絶縁破壊することなく、十分に静電吸着力を発生することを知見し、本発明を完成させた。【０００８】
従って、本発明は、支持基板の一方の面に導電性発熱層を、他方の面に導電性の静電吸着用電極を形成し、更にこれら発熱層及び静電吸着用電極を覆うように絶縁層が形成された構成の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、前記静電吸着用電極を覆う絶縁層が、静電吸着電極側部分の表面抵抗率（ρｓＥ）と被吸着物側部分の表面抵抗率（ρｓＳ）との比（ρｓＥ／ρｓＳ）が１００以下で、ρｓＥ及びρｓＳはそれぞれ１×１０8Ω／□以上であり、かつ中間部の表面抵抗率が２×１０8〜９×１０14Ω／□であり、静電吸着電極側部分の表面抵抗率（ρｓＥ）より被吸着物側部分の表面抵抗率（ρｓＳ）が小さいものとなるように、化学気相蒸着法にて積層方向に傾斜変化させて１００〜３００μｍの厚さに形成してなることを特徴とする静電吸着機能を有するウエハ加熱装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、室温付近から５００〜６５０℃の中高温域においても、長期間に亘り安定して双極電極間で絶縁破壊することなく、十分に静電吸着力を発生し、絶縁層の絶縁破壊による交換作業による製造能力低下の問題、吸着力不足によるデバイス製造時のウエハ脱離の問題、吸着力不足による温度分布むらの発生、印加電圧切断後の残留吸着によるウエハ位置ずれの問題等を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の加熱装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】同例の一部省略拡大断面図である。
【図３】実施例、比較例の加熱装置を用いて静電吸着力を測定する方法を示す説明図である。
【図４】実施例、比較例の加熱装置におけるρｓＥ、ρｓＳ及び静電吸着力の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る静電吸着機能を有するウエハ加熱装置は、図１に示すように、ウエハ加熱装置１の支持基板２の表面の一方の面に導電性発熱層４を、他方の面に導電性の静電吸着用電極３を形成し、更にこれら発熱層４及び静電吸着用電極３を覆うように絶縁層５が形成された構成を有する。【００１２】
この場合、支持基材としては、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、熱分解窒化硼素コートグラファイトのいずれかを主成分としたものからなることが好ましい。このような材質であれば、５００〜６５０℃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。なお、主成分とは、上記成分を８０質量％以上、特に９０質量％以上含むことを意味し、残部は、焼結助材である。【００１３】
導電性発熱層は、体積抵抗率１×１０5Ωｃｍ以下のＳｉＣ，グラファイト（Ｃ），Ｍｏ，Ｔｉ等により形成することができ、適宜形状にパターン加工することにより、形成することができる。【００１４】
また、静電吸着用電極は、体積抵抗率１×１０5Ωｃｍ以下のＳｉＣ，グラファイト（Ｃ），Ｍｏ，Ｔｉ等により形成することができ、これも適宜形状にパターン化することにより形成し得るが、静電吸着用電極が一対の双極構造となっており、櫛形又は同心円状に双極電極が交互に形成されたものであることが好ましく、このような形状になっていることによりウエハ面内の吸着力が安定する。なお、図１において、３ａ，３ｂは双極型静電吸着用電極であることを示す。【００１５】
更に、前記絶縁層は、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化硼素と窒化珪素の混合体、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合体、イットリアのいずれか１つ以上から形成することが好ましい。【００１６】
なお、吸着用電極、発熱体、絶縁層のうち少なくとも１つ、好ましくは全て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。このように化学気相蒸着法により形成すれば、所望の厚さに均一に形成させることができ、更には剥離やパーティクルの発生を防ぐことができる。【００１７】
本発明は、上記構成の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、図２に示すように前記静電吸着用電極３を覆う絶縁層５ａが、静電吸着電極側部分（直近部）５ａ−１の表面抵抗率ρｓＥより被吸着物側部分（直近部）５ａ−２の表面抵抗率ρｓＳを小さくしたもので、これにより印加電圧を切った直後のウエハの残留吸着がなく、非加熱物を剥がすことができ、更に静電吸着電極側部分（直近部）５ａ−１の表面抵抗率ρｓＥと被吸着物側部分（直近部）５ａ−２の表面抵抗率ρｓＳとの比（ρｓＥ／ρｓＳ）を１００以下で、ρｓＥ及びρｓＳをそれぞれ１×１０8Ω／□以上とすることにより、室温付近から高温まで十分な静電吸着力を有することができる。なお、図２中、５ａ−３は上記静電吸着用電極を覆う絶縁層５ａの中間部である。【００１８】
ここで、上記静電吸着電極直近部５ａ−１は、該電極３表面から５０μｍ内側（被吸着物方向）の位置までをいい、また被吸着物直近部５ａ−２は、静電吸着用電極を覆う絶縁層５ａの外表面から５０μｍ内側（静電吸着用電極方向）の位置までをいう。なお、該絶縁層５ａの厚さは１００〜３００μｍ、特に１００〜１５０μｍとすることが好ましい。
また、発熱体を覆う絶縁層の厚さは５０〜３００μｍ、特に８０〜２００μｍとすることが好ましい。【００１９】
本発明においては、上記静電吸着電極直近部５ａ−１の表面抵抗率ρｓＥより被吸着物直近部５ａ−２の表面抵抗率ρｓＳを小さくしたものであるが、ρｓＥ及びρｓＳは、それぞれ１×１０8Ω／□以上、好ましくは１×１０8Ω／□〜１×１０14Ω／□、より好ましくは１×１０9Ω／□〜１×１０14Ω／□、更に好ましくは１×１０10Ω／□〜１×１０14Ω／□であることが望ましい。また、ρｓＥ／ρｓＳは１〜１００、より好ましくは１〜１０であることが望ましい。なお、上記中間部５ａ−３の抵抗率は２×１０8〜９×１０14Ω／□とすることができ、ρｓＥとρｓＳとの中間の値をとることが好ましい。【００２０】
本発明は、このように静電吸着電極を被覆する絶縁層が、静電吸着電極側と被吸着物側とで表面抵抗率が相違しているものであるが、表面抵抗率を変える手段としては、例えば、絶縁層内に添加する抵抗調整材に異方性をもたせるよう分散させたり、熱をかけて結晶性に配向性をもたせたり、気相成長法により作製する場合は原料ガス種やガス流量、反応温度、圧力などを変えることによりなされる。【００２１】
また、被吸着物の直近部から静電吸着電極の直近部の間の表面抵抗率は暫時傾斜して変化しているほうが好ましい。表面抵抗率を絶縁層内で急激に変化させると、その部分に境界層ができ、構造上弱くなってしまうからである。【００２２】
絶縁層は、上述した通り、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、熱分解窒化硼素のいずれか１つ以上から形成することが有効であるが、絶縁層の表面抵抗率を変化させる手段としては、０．００１質量％以上３０％質量以下の範囲、より好ましくは０．０１〜２５質量％、更に好ましくは０．１〜２０質量％の範囲で抵抗調整材を含有させることにより、表面抵抗率を調整することが好ましい。このような材質からなる絶縁層であれば、５００〜６５０℃の中高温域においても物性が安定しているため望ましく、静電吸着力も十分発揮されるため望ましい。【００２３】
抵抗調整材は、硼素、珪素、炭素、アルミニウム、イットリウム、チタン、炭化硼素のいずれか１種以上であることが好ましい。このような材質であれば、含まれる量に比例して抵抗が決まるので、抵抗を調整しやすいという利点がある。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。【００２５】
［実施例１、比較例１］
アンモニアと三塩化硼素の混合気を１，８００℃、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窒化硼素膜３００μｍを生成し、熱分解窒化硼素コートグラファイト基材とした。
次いで、この上でメタンガスを２，２００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解し、厚さ１００μｍの体積抵抗率０．４ｍΩｃｍの熱分解グラファイト層を形成した。
表面には、双極型で電極が同心円状に交互に配置された静電吸着用電極、裏面には、ヒーターとなるよう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。【００２６】
更に、この両面上でアンモニアと三塩化硼素とメタンの混合気を１，９００〜２，０００℃、１〜１００Ｔｏｒｒの範囲内で条件を変えて反応し、表面抵抗率を積層方向で変化させた、厚さ２００μｍの炭素含有熱分解窒化硼素絶縁層を設けた。なお、炭素含有熱分解窒化硼素絶縁層は公知文献（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。
最後に、吸着面を鏡面研磨して、静電吸着機能を有するウエハ加熱装置を作った。【００２７】
絶縁層の製造条件を種々変えた各試料を、２５℃（室温付近）、３００℃、６５０℃の状態で双極電極間に±５００Ｖの直流電圧をかけて吸着力を測定した。
吸着力測定は、真空中で（１０Ｐａ）、図３の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の値を吸着力として、±５００Ｖの直流電圧印加時と印加電圧を切ってから１０秒後のそれぞれのケースにおいて測定を行った。印加電圧を切ってから１０秒後に吸着力が発生する場合は、被吸着物を剥がす際に位置ずれを生じてしまう可能性が高い。
吸着力の測定後に、試料の絶縁層部分を被吸着物の直近部と静電吸着電極の直近部とに分けて抵抗率測定用のサンプルを切り出し、表面抵抗率の測定を行った。サンプルの厚さはそれぞれ５０μｍとした。【００２８】
表面抵抗率の測定は、ＪＩＳ規格（Ｋ６９１１−１９９５  ５．１３抵抗率）に準じて行い、測定機械はダイヤインスツルメンツ社製のハイレスターＩＰ  ＭＣＰ−ＨＴ２６０を用い、プローブはＨＲＳプローブを使用して、静電吸着機能を有するウエハ加熱装置の中心付近から採取したサンプルで室温２５℃、湿度５０％環境で測定を行った。【００２９】
絶縁層の静電吸着電極の直近部の表面抵抗率ρｓＥよりも被吸着物の直近部の表面抵抗率ρｓＳが小さいものは残留吸着力が発生せず、位置ずれなく、被吸着物を剥がすことができた。逆に、静電吸着電極の直近部の表面抵抗率ρｓＥよりも被吸着物の直近部の表面抵抗率ρｓＳが大きいものは残留吸着力が発生して、被吸着物を剥がす際に位置ずれが生じた。【００３０】
また、２５℃（室温付近）、３００℃、６５０℃での直流電圧±５００Ｖ印加時の吸着力が１０ｇ／ｃｍ2以上の場合を吸着特性のよいものとして、実施例の結果を図４にまとめる。絶縁層の静電吸着電極直近部の表面抵抗率ρｓＥと被吸着物直近部の表面抵抗率ρｓＳとの比（ρｓＥ／ρｓＳ）が１００以下で、ρｓＥは１×１０9Ω／□以上、ρｓＳは１×１０8Ω／□以上の場合は、リーク電流異常や絶縁破壊は、発生せずに高い静電吸着力を発生しているのに対して、それ以外の領域では絶縁破壊による破損、又は吸着力が１０ｇ／ｃｍ2より小さく十分な吸着性能が得られないものであった。
なお、図４における評価基準は下記の通りである。
○：吸着力１０ｇ／ｃｍ2以上
△：吸着力１０ｇ／ｃｍ2未満
×：リーク電流大、絶縁破壊
【図１】
0004811608.tif 000002
【図２】
0004811608.tif 000003
【図３】
0004811608.tif 000004
【図４】
0004811608.tif 000005