(57)【要約】【課題】リーク電流によるデバイス破損不良を低減し、また、残留吸着力によるウエハのずれや割れといったトラブルの発生を防止可能な静電吸着機能を有する装置を提供すること。【解決手段】静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流が被吸着試料の単位面積当たり換算で０．１〜１５μＡ／ｃｍ２となるように装置設計し、更に好ましくは、絶縁層内を流れる静電吸着用電極間のリーク電流と、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流との比が０．１以上となるように装置設計する。このような設計とすることにより、リーク電流によるデバイス破損不良を低減し、また、残留吸着力によるウエハのずれや割れといったトラブルの発生を防止可能な静電吸着機能を有する装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電吸着用電極と、発熱体と、絶縁層を有する静電吸着機能を有する装置であって、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流が被吸着試料の単位面積当たり換算で０．１〜１５μＡ／ｃｍ２であることを特徴とする静電吸着機能を有する装置。
【請求項２】
前記絶縁層内を流れる前記静電吸着用電極間のリーク電流と、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流との比が、０．１以上であ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装置。
【請求項３】
前記絶縁層は、窒化珪素、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、熱分解窒化硼素の群のうちの何れか１つの材料からなり、０．００１〜２０ｗｔ％の範囲の不純物を含有させて体積抵抗率が１０８〜１０１４Ωｃｍの範囲に調整されていることを特徴とする請求項１または２に記載の静電吸着機能を有する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電吸着機能を有する装置に関し、より詳細には、昇温工程を含む半導体デバイスの製造工程や検査工程における、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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かつて、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が使用されていた。しかし、このようなヒータ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、近年では、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のウエ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（特許文献１）参照)。
【０００３】
中でも、分子線エピタキシやＣＶＤ或いは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）の複合セラミックヒータを用いることが有効とされており（特開昭６３−２４１９２１号公報（特許文献２）参照）、このようなヒータを用いると、従来のタンタルワイヤヒータ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ために使い易く、しかも面上ヒータであるために均熱性を比較的得易いという利点もある。
【０００４】
半導体ウエハの加熱に際してはヒータ上に半導体ウエハを固定するため、減圧雰囲気中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（特許文献３）、特開昭５９−１２４１４０号公報（特許文献４）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とを合体した「静電吸着機能を有する装置」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使用されるものとして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年（非特許文献１）参照）、ＣＶＤ工程などの高温域で使用されるものとしては静電吸着装置の絶縁層に熱分解窒化硼素を用いたもの（特開平４−３５８０７４号公報（特許文献５）、特開平５−１０９８７６号公報（特許文献６）、特開平５−１２９２１０号公報（特許文献７）、特開平７−１０６６５号公報（特許文献８）参照）などが報告されている。
【０００６】
ところで、近年、分子線エピタキシ装置やＣＶＤ装置或いはスパッタリング装置には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、上記非特許文献１に記載されているように、静電吸着力は当該静電吸着装置に備えられた絶縁層の体積抵抗率が低くなるほど強くなる反面、低過ぎる場合にはリーク電流によるデバイスの破損が生じる可能性がある。
【０００７】
また、ウエハを吸着して処理した後に、残留吸着力によってウエハが静電チャック表面に吸着した状態となってしまうという現象も知られている。このような現象が生じると、ウエハをリフトピン等で持ち上げる際にウエハがずれたり、ウエハが割れてしまうというトラブルが生じてしまう。特に、ウエハの表面に酸化膜が形成されている場合にはかかる現象が顕著に生じ易くなるが、近年では、ウエハ上に設けられる酸化膜の厚みが厚くなっている為、上述のトラブルが頻繁に発生している。
【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７−１０６６５号公報
【非特許文献１】ニューセラミックス（７）、ｐ４９〜５３、１９９４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リーク電流によるデバイス破損不良を低減し、また、残留吸着力によるウエハのずれや割れといったトラブルの発生を防止可能な静電吸着機能を有する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するために、本発明は、静電吸着用電極と、発熱体と、絶縁層を有する静電吸着機能を有する装置であって、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流が被吸着試料の単位面積当たり換算で０．１〜１５μＡ／ｃｍ２であることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、前記絶縁層内を流れる前記静電吸着用電極間のリーク電流と、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流との比が、０．１以上である。
【００１１】
また、好ましくは、前記絶縁層は、窒化珪素、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、熱分解窒化硼素の群のうちの何れか１つの材料からなり、０．００１〜２０ｗｔ％の範囲の不純物を含有させて体積抵抗率が１０８〜１０１４Ωｃｍの範囲に調整されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流が被吸着試料の単位面積当たり換算で０．１〜１５μＡ／ｃｍ２となるように装置設計し、更に好ましくは、絶縁層内を流れる静電吸着用電極間のリーク電流と、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流との比が０．１以上となるように装置設計することとしたので、リーク電流によるデバイス破損不良を低減し、また、残留吸着力によるウエハのずれや割れといったトラブルの発生を防止可能な静電吸着機能を有する装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、図面を参照して本発明の装置の構造について説明するが、本発明は、上述した従来の問題点（リーク電流によるデバイス破損不良や残留吸着力によるウエハのずれや割れの発生といった問題）の解決手法について本発明者が検討した結果得られた知見、すなわち、静電吸着電圧を印加した際にウエハ側（被吸着試料側）に流がれるリーク電流を適正な範囲とすること、更に、絶縁層内を流れるチャック端子間（静電吸着用電極間）のリーク電流を上記ウエハ側（被吸着試料側）へのリーク電流に対して適正化することにより、十分なウエハ吸着を確保した上で、リーク電流によるデバイス破損不良を低減し、残留吸着力により生じる不都合が抑制できることの知見に基づいてなされたものである。
【００１４】
具体的には、本発明の装置は、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流が、被吸着試料の単位面積当たり換算で０．１〜１５μＡ／ｃｍ２となるように設計される。このようなリーク電流範囲であれば、ジョンソンラーベック力による十分な静電吸着力を発生させることが担保され、かつ、デバイスの絶縁不良の発生を防止できる。
【００１５】
なお、上記リーク電流が０．１μＡ／ｃｍ２未満の場合には十分な静電吸着力を得ることができない。また、上記リーク電流が１５μＡ／ｃｍ２を超える場合にはデバイスの絶縁不良の発生が顕著となる。なお、より好ましい上記リーク電流は０．５〜１０μＡ／ｃｍ２である。
【００１６】
また、本発明の装置は、絶縁層内を流れる静電吸着用電極間のリーク電流と、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流との比が、０．１以上となるように設計される。両者がこのような関係にある場合には、静電吸着用電極間（チャック端子間）に電流が流れ易くなるためにチャック端子間の絶縁体中に電荷が残らず残留吸着が生じない。その結果、被吸着試料（ウエハ）の吸着処理が終了し、印加電圧をゼロにした後にウエハをリフトピン等で持ち上げる際にウエハを素早くリリースすることができると理解される。
【００１７】
なお、上述のリーク電流比が０．１未満であると、チャック端子間に電流が流れ難くなってチャック端子間近傍に電荷が残ってしまい、当該残存電荷に起因する残留吸着力によってウエハリリース時にウエハずれが生じたり、最悪の場合にはウエハ割れが生じてしまう。なお、より好ましい上記リーク電流比は０．５以上である。
【００１８】
ここで、被吸着試料側（ウエハ側）に流れる電流とは、静電吸着用電極間（チャック端子間）に電圧を印加して被吸着試料（ウエハ）を吸着した際に、チャック端子間に流れる電流を測定した値から、ウエハを載せない状態で同一電圧をかけたときに流れる電流を測定して差し引いたものを意味する。また、絶縁層内を流れる電流とは後者（ウエハを載せない状態で同一電圧をかけたときに流れる電流）を意味する。
【００１９】
被吸着試料（ウエハ）は、例えば、直径３００ｍｍ（１２インチ径）のシリコンウエハであり、主面に１００〜３００μｍの厚みの酸化膜がコートされている酸化膜付シリコンウエハであり、後述の実施例でもかかるウエハを用いている。
【００２０】
絶縁層内を流れる静電吸着用電極間のリーク電流は、絶縁層の製造条件によって制御できる。本発明では、上述のリーク電流比を得るために、窒化珪素、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、熱分解窒化硼素の群のうちの何れか１つの材料からなり、０．００１〜２０ｗｔ％の範囲の不純物を含有させて体積抵抗率が１０８〜１０１４Ωｃｍの範囲に調整されている絶縁層を用いる。
【００２１】
このような絶縁層を化学気相成長法（ＣＶＤ法）で作製する場合は、原料ガスの種類や、反応温度、圧力等の製造条件を変えることにより、ウエハ側に流れるリーク電流と絶縁層内を流れるチャック端子間のリーク電流との比を制御することができる。例えば、反応温度を上げることにより、不純物含有量が増加し、さらには絶縁層の膜配向性が向上する。逆に、反応温度を下げることにより、不純物含有量が減少し、さらには絶縁層の膜配向性が低くなる。スパッタ法により絶縁層を作製する場合も同様に、製造条件の調整によりウエハ側に流れるリーク電流と絶縁層内を流れるチャック端子間のリーク電流との比を制御することができる。
【００２２】
以下、実施例（および比較例）により本発明の装置を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の装置の作製プロセス例を説明するための概略図で、先ず、アンモニアと三塩化硼素の混合気を１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、直径３００mm、厚さ２０mmのグラファイト基材（２ａ）の上に熱分解窒化硼素（２ｂ）を生成させて熱分解窒化硼素コートグラファイト基材とし、次いで、この熱分解窒化硼素コートグラファイト基材上でメタンガスを１８００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解して厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層（２ｃ）を形成して支持基材（２）とした（図１（Ａ））。
【００２４】
更に、その熱分解グラファイト層（２ｃ）の表面および裏面に熱分解グラファイト層（３、４）を形成し（図１（Ｂ））、これら熱分解グラファイト層（３、４）をパターン加工して、双極型の静電吸着用電極（３ａ、３ｂ）および発熱体（４）とした（図１（Ｃ））。
【００２５】
続いて、支持基材（２）の両面上に、厚さ２００μｍの炭化硼素含有熱分解窒化硼素からなる絶縁層（５）を形成した後、ウエハ吸着面となる絶縁層（５）を鏡面研磨して、本発明の静電吸着機能を有する装置（１）を作製した（図１（Ｄ））。
【００２６】
なお、上述の炭化硼素含有熱分解窒化硼素からなる絶縁層（５）を形成するに際しては、アンモニアと三塩化硼素とメタンと三塩化硼素の混合気を、メタン流量をアンモニアとの比で１０％〜５０％の範囲で変化させて複数のサンプルを作製した。また、反応温度も１７００〜１８５０℃の範囲で変化させている。なお、反応圧力は５Ｔｏｒｒ一定の条件下で反応を行なった。
【００２７】
上述の反応条件で形成された絶縁層を備える静電吸着機能を有する装置について、酸化膜（膜厚３００μｍ）付の３００ｍｍ径シリコンウエハを±３００Ｖの静電吸着電圧を印加させて静電吸着させ、２００℃に加熱した場合のウエハ側に流れるリーク電流（ウエハの単位面積当たり換算）と絶縁層内を流れるチャック端子間のリーク電流を測定し、さらに、デバイス絶縁性とウエハリリース時のウエハ位置ずれについて調べた。それらの結果を、表１および表２に纏めた。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【表２】
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【００３０】
表１に示した結果からは、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流がウエハの単位面積当たり換算で０．１〜１５μＡ／ｃｍ２であるサンプル（サンプル２乃至６）は、吸着性およびデバイス絶縁性に問題がないことが分かる。
【００３１】
また、表２に示した結果からは、上述したリーク電流比（絶縁層内を流れる静電吸着用電極間のリーク電流と、静電吸着電圧を印加した際にウエハ側に流れるリーク電流との比）が、０．１以上であると、ウエハリリース時のウエハ位置ずれが生じていないことが理解される。
【００３２】
従って、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流が被吸着試料の単位面積当たり換算で０．１〜１５μＡ／ｃｍ２となるように装置設計し、更に好ましくは、絶縁層内を流れる静電吸着用電極間のリーク電流と、静電吸着電圧を印加した際に被吸着試料側に流れるリーク電流との比が０．１以上となるように装置設計することにより、リーク電流によるデバイス破損不良を低減し、また、残留吸着力によるウエハのずれや割れといったトラブルの発生を防止可能な静電吸着機能を有する装置が提供される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明により、リーク電流によるデバイス破損不良を低減し、また、残留吸着力によるウエハのずれや割れといったトラブルの発生を防止可能な静電吸着機能を有する装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の装置の作製プロセス例を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  静電吸着装置支持基材
２  支持基材
３ａ、３ｂ  双極型静電吸着用電極
４  発熱体
５  絶縁層
【図１】
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