(57)【要約】      （修正有）【課題】被吸着物の吸着面又は静電吸着装置載置面に傷がつくことを防止し、更にフッ素系の半導体クリーニングガスの耐食性に優れ、長寿命化することができる静電吸着装置を提供する。【解決手段】半導体ウエハ、ガラス基板等の被吸着物を吸着するための静電吸着装置１において、支持基板２の一面に形成された静電吸着用電極３ａ、３ｂを覆って被吸着物を吸着する吸着面をなす絶縁層５が形成され、絶縁層５は、炭素を含み、かつ珪素、アルミニウム、イットリウム及びチタンから選ばれる１種又は２種以上の元素を含み、ビッカース硬さＨｖが５０〜１０００の熱分解窒化硼素からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ、ガラス基板等の被吸着物を吸着するための静電吸着装置において、支持基板の一面に形成された静電吸着用電極を覆って上記被吸着物を吸着する吸着面をなす絶縁層が形成され、該絶縁層は、炭素を含み、かつ珪素、アルミニウム、イットリウム及びチタンから選ばれる１種又は２種以上の元素を含み、ビッカース硬さＨｖが５０〜１０００の熱分解窒化硼素からなることを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】
熱分解窒化硼素に含まれる炭素量が０．０１〜１０質量％である請求項１記載の静電吸着装置。
【請求項３】
熱分解窒化硼素に含まれる珪素、アルミニウム、イットリウム及びチタンから選ばれる１種又は２種以上の元素量が０．０１〜２０質量％である請求項１又は２記載の静電吸着装置。
【請求項４】
絶縁体の表面粗さＲａが１μｍ未満であり、Ｒｍａｘが３μｍ未満である請求項１，２又は３記載の静電吸着装置。
【請求項５】
絶縁体層が化学気相蒸着法によって形成されたものである請求項１乃至４のいずれか１項記載の静電吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスや液晶パネルの製造工程、検査工程等に使用される静電吸着機能を有する装置に関する。
【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（例えば、特許文献１：特開平４−１２４０７６号公報参照）。
【０００３】
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（特許文献２：特開昭６３−２４１９２１号公報参照）、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。
【０００４】
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号公報参照）。
【０００５】
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装置が提案されており、例えば、静電吸着装置の絶縁層にアルミナを用いたもの（非特許文献１：ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４参照）、更にクリーニングガスの耐性を上げるために窒化アルミを絶縁層に用いたものも開発されてきている。
【０００６】
この静電吸着装置において、非特許文献１（ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４参照）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層の体積抵抗値は１０8〜１０18Ωｃｍ、好ましくは１０9〜１０13Ωｃｍであることが望ましい。
【０００７】
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。
【０００８】
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。シリコンウエハ等の被吸着物が静電吸着装置に吸着されると、加熱されて熱膨張する。その際に被吸着物吸着面と静電吸着装置載置面が強く擦れるという現象が起きる。
【０００９】
シリコンウエハのビッカース硬さＨｖはおよそ１１００程度であるのに対し、セラミックス絶縁体層の材質となるアルミナ、窒化アルミニウムのビッカース硬さＨｖは、それぞれ１５００、１４００である。このようなシリコンウエハよりも硬いアルミナ、窒化アルミニウムなどを絶縁体層に用いた静電吸着装置では、シリコンウエハを加熱・冷却する際にウエハ表面が絶縁体層によって削られてしまい、パーティクルを発生させ、更にウエハ吸着面にキズを発生させるという問題がある。
【００１０】
そこで、高温域で吸着しても被吸着物の吸着面にキズがつきにくい静電吸着装置が望まれていた。この課題を解決すべく、表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍであり、かつ前記絶縁体層の表面のビッカース硬さＨｖが１０００以下であることを特徴とする静電吸着機能を有する加熱装置が開発された（特許文献５：特開２００５−７２０６６号公報）。しかし、このものは酸素に対する耐酸化性に乏しいために、反応器内に残留する酸素によって酸化して消耗してしまう。更に、半導体装置内でフッ素系のクリーニングガスによってクリーニングを行うと、クリーニングガスによって絶縁体が腐食してしまうという問題が生じる。そのため、ウエハ等の処理枚数が増えれば増えるほど酸化、腐食が進行し、ついには絶縁破壊に至ってしまう。
【００１１】
【特許文献１】特開平４−１２４０７６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２００５−７２０６６号公報
【非特許文献１】ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、ウエハやガラス基板等の被吸着物を静電吸着する際に、被吸着物の吸着面又は静電吸着装置載置面に傷がつくことを防止し得、更にフッ素系の半導体クリーニングガスの耐食性に優れ、長寿命化することができる静電吸着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】
【００１３】
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、本発明に到達したもので、本発明は、半導体ウエハ、ガラス基板等の被吸着物を吸着するための静電吸着装置において、支持基板の一面に形成された静電吸着用電極を覆って上記被吸着物を吸着する吸着面をなす絶縁層が形成され、該絶縁層は、炭素を含み、かつ珪素、アルミニウム、イットリウム及びチタンから選ばれる１種又は２種以上の元素を含み、ビッカース硬さＨｖが５０〜１０００の熱分解窒化硼素からなることを特徴とする静電吸着装置を提供する。
このものは、絶縁層に傷がつきにくく、絶縁膜自体の耐酸化性、フッ素系クリーニングガスに対する耐食性が改善され、パーティクルの発生や絶縁破壊による静電吸着装置の破損を防止でき、長寿命化されるという有利性も付与される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の静電吸着装置は、静電吸着用電極を覆うように絶縁層が形成され、被吸着物を吸着する吸着面の絶縁層のビッカース硬さＨｖが５０〜１０００で、絶縁層は炭素を含み、かつ、珪素、アルミニウム、イットリウム及びチタンのいずれか１種以上の元素を含んだ熱分解窒化硼素とすることにより、シリコンウエハやガラス基板等の被吸着物を静電吸着装置載置面に静電吸着させて加熱・冷却を行う際に、ウエハ吸着面又は静電吸着装置載置面にキズがつくことを防止し、更にフッ素系の半導体クリーニングガスの耐食性に優れ、長寿命化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の静電吸着装置は、半導体ウエハやガラス基板等の被吸着物を吸着する吸着面を特定の絶縁層にて形成するものである。この場合、静電吸着装置としては、一例として、図１に示したような本発明の静電吸着機能を有するウエハの加熱装置を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
【００１６】
図１の静電吸着装置について更に詳述すると、１はこの静電吸着装置の静電吸着機能を有する加熱装置支持基材、２は支持基板、３ａ，３ｂは双極型静電吸着用電極、４は発熱層、５は絶縁層を示す。
【００１７】
かかる静電吸着装置は、例えば、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体からなる支持基板、該基板の一方の面に接合された熱分解グラファイトからなる発熱層、その上に設けられた熱分解窒化硼素からなる絶縁層、該基板の他方の面に接合された熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極、その上に設けられた炭素を含み、かつ、珪素、アルミニウム、イットリウム、チタンのいずれか１種以上の元素を含んだ熱分解窒化硼素からなる絶縁層から構成されたものとされる。
【００１８】
支持基板は、耐熱性があって絶縁性があればよく、例えば、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合物は、公知の方法で焼結させて得たものとすればよい。例えば、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合割合は、窒化アルミニウムが多すぎると線膨張係数が大きすぎるという問題があり、少なすぎると線膨張係数が小さすぎる問題があるので、質量比で１：０．０５〜１の範囲とすればよい（特開平８−２２７９３３号公報）。また、特許第３６４７０６４号公報のようなカーボンに熱分解窒化硼素、酸化珪素、窒化アルミニウム、アルミナ及び窒化珪素から選択された材料を含む絶縁層が接合されたものでもよい。
【００１９】
発熱層及び静電吸着用電極の熱分解グラファイトは、例えばメタンガスを２２００℃、５Ｔｏｒｒという条件下で熱分解することによって得られたものとすればよい。厚さは薄すぎると強度不足の問題があり、厚すぎると剥離の問題があるので、１０〜３００μｍとすればよい。
【００２０】
本発明の最大の特徴である絶縁層は、このように半導体ウエハやガラス基板等の被吸着物を吸着するための静電吸着装置において、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それぞれ形成し、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を形成することが、上記静電吸着用電極を覆う絶縁層は、ビッカース硬さＨｖが５０〜１０００であり、炭素を含み、かつ珪素、アルミニウム、イットリウム、チタンのいずれか１種以上の元素を含んだ熱分解窒化硼素から形成されたものである。
【００２１】
前記絶縁層のビッカース硬さＨｖが５０未満の場合は、被吸着物の吸着面にはキズは付かないが、逆に、静電吸着装置側の吸着面にキズが多くついてしまい、絶縁層が絶縁破壊を起こしてしまい、静電吸着装置が破壊してしまう。また、静電吸着装置側の吸着面の擦れにより消耗が激しく、短寿命になってしまう。更に擦れる際に発生するパーティクルによって半導体デバイス、又は液晶パネルの不良が多発するという問題が発生しやすくなる。
【００２２】
前記絶縁層のビッカース硬さＨｖが１０００を超えると、静電吸着装置の載置面にはキズは付かないが、被吸着物の吸着面にキズが多発し、これが発塵源となり、半導体デバイス不良が多発してしまう。最悪の場合、デバイスが後工程にて熱処理される際に、熱応力を受けてキズを起点にしてウエハが割れてしまい、製造ラインを止めてしまうような大損害を与え得る。
【００２３】
前記熱分解窒化硼素に含まれる炭素の量は、０．０１〜１０質量％、好ましくは０．１〜５質量％とするのがよい。この範囲とすれば、絶縁層のビッカース硬さＨｖを確実に５０〜１０００とすることができる。
【００２４】
上記炭素の量が０．０１質量％未満であるとビッカース硬さＨｖは５０未満となってしまい、１０質量％を超えるとビッカース硬さＨｖは１０００を超えてしまう場合が多い。
【００２５】
また、前記熱分解窒化硼素に含まれる珪素、アルミニウム、イットリウム及びチタンの量は０．０１〜２０質量％とするのがよい。この範囲とすれば絶縁層のビッカース硬さＨｖを５０〜１０００とすることができる。
【００２６】
上記珪素、アルミニウム、イットリウム及びチタンの量が０．０１質量％未満であるとビッカース硬さＨｖは５０未満となってしまい、２０質量％を超えるとビッカース硬さＨｖは１０００を超えてしまう場合が多い。
【００２７】
そして、前記絶縁体の表面粗さＲａが１μｍ未満であり、Ｒｍａｘが３μｍ未満であることが好ましい。それ以上では荒れている部分の表面積が大きくなり、膜の消耗が激しくなってしまうおそれがある。
【００２８】
本発明の静電吸着装置の上記絶縁層は、化学気相蒸着法で形成するのがよい。このように、絶縁層を化学気相蒸着法で形成すれば、高純度、高密度で、寸法精度に優れたものを作ることができ、耐熱性、化学的安定性、相互の密着性に優れ、絶縁不良や剥離の極めて少ない長寿命で被吸着物にキズをつけにくく、絶縁膜自体もキズがつきにくい静電吸着装置とすることができる。
【００２９】
更に、詳述すると、本発明に係る絶縁層は、珪素のビッカース硬度Ｈｖが１１００であるので、珪素より柔らかいビッカース硬度Ｈｖ１０００以下で、炭素を含み、更に、珪素、アルミニウム、イットリウム、チタンのいずれか１種以上の元素を含んだ熱分解窒化硼素であることが必要とされるのであるが、これは静電吸着用電極の上に化学気相蒸着法で形成すればよく、これによればこの絶縁層の厚さを容易に調整することができる。この絶縁層の厚さは薄すぎると強度不足の問題があり、厚すぎると静電吸着力の低下の問題があるので、２０〜３００μｍとすることが好ましい。
【００３０】
炭素と珪素を含む熱分解窒化硼素絶縁層は、例えば基材を真空中にセットして例えば２０００℃に加熱し、三塩化硼素とアンモニアとメタンと四塩化珪素を容量比８：１：１：１の混合気体として導入し、５Ｔｏｒｒという条件下で熱分解することによって得られる。厚さは薄すぎると絶縁破壊の問題があり、厚すぎると静電吸着力の低下の問題があるので、５０〜３００μｍとすればよい。
なお、本発明でビッカース硬さＨｖ測定機は明石製作所製ＨＶ−１１４，ＡＴ−３０１を使用した。
【実施例】
【００３１】
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。
【００３２】
［実施例１、比較例１］
直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍのカーボン基材の全面を、アンモニアと三塩化硼素を混合比（容量比）８：１で２０００℃にて反応させて熱分解窒化硼素を堆積させて、０．５ｍｍ厚でコーティングした円板状支持基板を作製した。
次いで、この上でメタンガスを２２００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解して、この支持基板上に厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を形成し、表面の熱分解グラファイト層より電極パターンを、また裏面の熱分解グラファイト層よりヒーターパターンを加工してそれぞれ静電吸着用電極と発熱層とした。
更に、この両面にアンモニアと三塩化硼素とメタンと四塩化珪素の混合比（容量比）を８：１：１：１として圧力５Ｔｏｒｒで反応させて、反応温度を１６００℃、１７００℃、１８００℃、１９００℃、２０００℃と条件を変えて、厚さ２００μｍの炭素と珪素を含有した熱分解窒化硼素絶縁層を設け、静電吸着装置を作製した。この条件で作製された膜には炭素５質量％、珪素１５質量％が含有され、ビッカース硬さＨｖは１０〜１５００の範囲であった。
【００３３】
このように作製した静電吸着装置を３００℃まで加熱して、そこにウエハを搬送して静電吸着装置の上に載せ、載せてから１０秒後に静電吸着用電極に±２００Ｖの電圧を印加してウエハを静電吸着してウエハを加熱した。その後、エッチングガスとしてＣＦ4ガスを導入し、約１分後に印加電圧をオフし、リフトピンを上げることによってウエハを脱離させた。そして、更にＣＦ4ガスを供給し続けて１分間放置した。このウエハ吸着、脱離、放置のサイクルを１００回繰り返し行った。その後、十分に冷却した後に、そのウエハの吸着面及び静電吸着装置載置面のキズや、エッチングによる凹みの状態を観察したところ、ビッカース硬さＨｖが５０〜１０００のものではウエハ吸着面及び静電吸着装置の載置面にはキズ、凹みはほとんど見られず、静電吸着装置の絶縁膜の厚さ減少はほとんどなかった。
【００３４】
一方、上記ビッカース硬さＨｖが５０未満のものは静電吸着装置の載置面にはキズと凹みが確認され、１０００を超えるものはウエハ吸着面にキズが確認された。
【００３５】
［実施例２、比較例２］
実施例１、比較例１において、絶縁層の作製の際にアンモニアと三塩化硼素とメタンと四塩化珪素の混合比（容量比）を８：１：０．１：１〜８：１：５：１とメタンの供給量を変化させて１８００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で反応させる以外は同様にして、厚さ２００μｍの炭素と珪素を含有した熱分解窒化硼素絶縁層を設け、静電吸着装置を５個作製し、同様に評価を行った。この条件で作製された膜の炭素含有量は０．００１質量％、０．０１質量％、１質量％、１０質量％、２０質量％、珪素含有量は１５質量％であった。
評価の結果、炭素含有量が０．０１〜１０質量％のものではウエハ吸着面及び静電吸着装置の載置面にはキズが見られず、静電吸着装置の絶縁膜の厚さ減少はほとんど見られなかった。
【００３６】
一方、上記炭素含有量が０．０１質量％未満のものは静電吸着装置の載置面にはキズと凹みが確認され、１０質量％を超えるものはウエハ吸着面にキズが確認された。また、０．０１質量％未満のビッカース硬さＨｖは５０未満で、１０質量％を超えるものは１０００を超えていた。
【００３７】
［実施例３、比較例３］
実施例１、比較例１において、絶縁層の作製の際にアンモニアと三塩化硼素とメタンと四塩化珪素の混合比（容量比）を８：１：１：０．１〜８：１：１：１０と四塩化珪素の供給量を変化させて１８００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で反応させる以外は同様にして、厚さ２００μｍの炭素と珪素を含有した熱分解窒化硼素絶縁層を設け、静電吸着装置を５個作製し、同様に評価を行った。この条件で作製された膜の炭素含有量は１質量％、珪素含有量は０．００１質量％、０．０１質量％、５質量％、２０質量％、３０質量％であった。
評価の結果、珪素含有量が０．０１〜２０質量％のものではウエハ吸着面及び静電吸着装置の載置面にはキズと凹みが見られず、静電吸着装置の絶縁膜の厚さ減少はなかった。
【００３８】
一方、上記珪素含有量が０．０１質量％未満のものは静電吸着装置の載置面にはキズと凹みが確認され、２０質量％を超えるものはウエハ吸着面にキズが確認された。また０．０１質量％未満のビッカース硬さＨｖは５０未満で、２０質量％を超えるものは１０００を超えていた。
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。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る静電吸着装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  静電吸着機能を有する加熱装置支持基材
２  支持基板
３ａ、３ｂ  双極型静電吸着用電極
４  発熱層
５  絶縁層
【図１】
2007317820.tif 000003