JP2006216444A - セラミックヒーターの修復方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミックヒーターの劣化した特性を修復する方法を提供する。
【解決手段】 炭素又は炭素複合材料からなる支持基材の表面に少なくとも１層の絶縁体層が形成され、該絶縁体層の上に導電体層が形成され、かつ該導電体層の上に少なくとも１層の誘電体層が形成されたセラミックヒーターの劣化した特性を修復する方法であって、該炭素又は炭素複合材料の上に形成された層を最外表面からその一部あるいはすべてを除去する第一の除去工程、第一の除去工程で除去した該炭素又は炭素複合材料の上に形成された層を再び形成する第二の形成工程を経ることにより特性を回復させることを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、半導体デバイスの製造工程におけるＣＶＤ装置やスパッタ装置、又は、生成薄膜をエッチングするエッチング装置等に使用される、被加熱物である半導体ウェハを加熱するためのセラミックヒーターに関する。

半導体ウェハに所定の加工を施したり、顕微鏡下でこれを検査するときには、加工または検査中に半導体ウェハが試料台上を移動したり転落したりすることのないように、固定手段で保持する必要がある。従来、保持手段としてメカニカルチャックが用いられてきたが、中でも試料の表面を遮蔽することがない利点を有することから、真空チャックが好まれてきた。しかし、減圧下ないし真空中での加工や検査の場合には真空チャックを用いることができず、静電チャックが開発されている（特許文献１参照）。静電チャックは、静電チャック電極と試料との間が、絶縁物で隔てられている。

半導体用のデバイスを作製する際には、半導体ウェハ上にポリシリコン膜や酸化膜、導体膜、誘電体膜等をＣＶＤ装置やスパッタ装置で形成したり、逆にエッチング装置により、これらの薄膜をエッチングしたりする技術はよく知られている。そして、これらの技術において、上記の薄膜の形成やエッチングの品質を保持するには、被処理物である半導体ウェハを所望の一定の温度に維持することが必要であり、この温度を一定に調節するために、半導体ウェハを加熱するヒーター（セラミックヒーター）が必要とされる。

半導体ウェハの加熱にあたっては、ヒーター上に半導体ウェハの全面を一様に平均に固定することが必要であり、減圧雰囲気下では静電吸着装置（静電チャック）が使用されている。近時は、プロセスの高温化に伴って、絶縁物の材質は、合成樹脂からセラミックスに移行している。例えば、絶縁体層にアルミナ、シリカ、マグネシアを用いたもの（特許文献２参照）、また、熱分解窒化ホウ素を用いたもの（特許文献３参照）等が使用されている。

特開昭５２−６７３５３号公報 特開昭５９−１２４１４０号公報 特開平７−１０６６５号公報

これらのセラミックヒーターは、使用しているうちに、被処理物たる半導体ウェハとこすれることにより被処理物が載置される表面層に剥がれが生じたり、表面層の内部に形成される電極（発熱体、静電チャック電極）が経年変化で性能が劣化してくる、また、載置面以外にもスパッタ金属が付着し、それが表面層にキズを付けたり剥がれを生じさせたりしてしまうことも起こるので、適宜の時期に新たなヒーターに交換する必要があった。その際に、従来は、修復等を行うことは全く考えられず、使用済みのセラミックヒーターは廃棄され、リサイクル・リユース等の省資源の面で問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、本発明のセラミックヒーターの修復方法は、炭素又は炭素複合材料からなる支持基材の表面に少なくとも１層の絶縁体層が形成され、該絶縁体層の上に導電体層が形成され、かつ該導電体層の上に少なくとも１層の誘電体層が形成されたセラミックヒーターの劣化した特性を修復する方法であって、該炭素又は炭素複合材料の上に形成された層を最外表面からその一部あるいはすべてを除去する第一の除去工程、第一の除去工程で除去した該炭素又は炭素複合材料の上に形成された層を再び形成する第二の形成工程を経ることにより特性を回復させることを特徴とする。
また、炭素又は炭素複合材料からなる支持基材の一方の表面に少なくとも１層の第一絶縁体層が形成され、該絶縁体層の上に導電体層が形成され、かつ該導電体層の上に少なくとも１層の第一誘電体層が形成され、他方の表面に第二絶縁体層、静電チャック電極層、第二誘電体層が順次形成された静電チャック付セラミックヒーターの劣化した特性を修復する方法であって、該炭素又は炭素複合材料の上に形成された静電チャック機能を有する側の層を最外表面からその一部あるいはすべてを除去する第一の除去工程、第一の除去工程で除去した該炭素又は炭素複合材料の上に形成された静電チャック機能を有する側の層を再び形成する第二の形成工程を経ることにより特性を回復させることを特徴とする。
第一の除去工程における除去方法が、サンドブラスト、ウォータージェット、平面研削、ボールエンドミル、研磨紙、鋭利な刃物により行われること、表面層を形成する第二の形成工程で、基材の一部をマスキング材により覆い、必要な部分のみ最表面の形成を行うこと、前記マスキング材の材質がグラファイト、窒化ホウ素、炭素／炭素複合材のいずれかからなること、さらに前記誘電体層または前記第二誘電体層が窒化アルミニウム、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、それぞれ、好ましい。

性能低下の生じたセラミックヒーターを新たなセラミックヒーターに交換するのではなく、最外表面からその劣化した層の一部あるいはすべてを除去し、そして所要の性能を有する層を再び形成することにより特性を回復させることにより、新品に交換するのに比較してランニングコストを低下させることができ、かつ、省資源・リサイクル・リユースの面でも時代の要請に適合したセラミックヒーターの長寿命化を達成できる処理法を提供することが可能になった。

本発明者は、セラミックヒーターの傷んだ表面層のみを除去・再形成することによりセラミックヒーターの特性を回復させることができることを知見し、本発明をなすに至った。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明が対象とするセラミックヒーターは、絶縁体層と誘電体層とに挟まれてヒーター発熱体を有する。また、ヒーター発熱体と静電チャック電極とを有する。
誘電体層は、セラミックヒーターの場合はヒーター発熱体と被処理物たる半導体ウェハとを隔てる層として作用する。静電チャック付セラミックヒーターの場合は、静電チャック電極と被処理物たる半導体ウェハとを隔てる層として、また、ヒーター発熱体と装置フレームないしヒートシンクとを隔てる層として作用する。

誘電体層を構成する誘電体は、吸着力の向上、パーティクル発生の抑制の面から、窒化アルミニウム、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。

絶縁体層は、強度、熱膨張率等を考慮して、その厚みを大きくすることなく、必要に応じた厚さの炭素又は炭素複合材料からなる層でバックアップされる。炭素又は炭素複合材料としては、等方性黒鉛、炭素繊維強化炭素等が好ましく挙げられる。
発熱体としての導電体層を構成する材料としては、熱分解グラファイト、ホウ素が添加された熱分解グラファイト等が好ましく挙げられる。
静電チャック電極層を構成する材料としては、熱分解グラファイト、ホウ素が添加された熱分解グラファイト等が好ましく挙げられる。
性能（特性）の劣化した層を除去する除去方法としては、除去すべき各層の特性に基づいて、適宜の方法が用いられ得るが、膜の均一除去、除去すべき層以外への悪影響がないことの理由により、サンドブラスト、ウォータージェット、平面研削、ボールエンドミル、研磨紙、鋭利な刃物による処理方法が有利に挙げられる。

性能（特性）の劣化した層を除去する場合、列挙の程度によって、劣化した層の一部を除去すれば足りることもあり、劣化した層の全てを除去しなければならない場合とがある。層の全てを除去しなければならない場合、除去工程で下の層に影響を与えることがあり得るので、格別性能（特性）が劣化していない層の一部を除去することがあっても差し支えない。
また、上部の層の性能（特性）が格別劣化していなくても、それより下部の層の性能（特性）が劣化している場合には、劣化していない層を除去する必要が生じる。

表面層を形成する第二の形成工程で、基材の一部をマスキング材により覆い、必要な部分のみ最表面の形成を行うは、マスキングすることにより、除去すべき膜の量を減らすことができること、そのことにより、膜除去時の歩留まりが向上すること、さらに、膜除去の工程も短縮され、コストを低下させることができること、の理由による。
マスキング材料としては、グラファイト、窒化ホウ素、炭素／炭素複合材のいずれかが、耐熱性、耐熱衝撃性、熱膨張率を勘案して、有利に列挙される。

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の上にＰＢＮ絶縁体層、その上にパイロリティックグラファイト（ＰＧ）の導電体層、さらにその上に厚さ約１００μｍのＰＢＮ誘電体層が形成された静電チャック（吸着）機能付きセラミックヒーターで長期にわたり使用され、表面のＰＢＮ層に多くのキズがあり吸着機能の劣化したセラミックヒーターを準備した。
第一の除去工程では、このセラミックヒーターを旋盤に装填し、バイトにて最表層であるＰＢＮ誘電体層を約５０μｍ除去した。続いて第二の形成工程でＣＶＤ法にてＰＢＮ層を再形成させた。
このセラミックヒーターの特性を評価したところ、新品時の特性に回復させることができた。

［実施例２］
直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材の上にＰＢＮ絶縁体層、その上にパイロリティックグラファイト（ＰＧ）の導電体層、さらにその上に厚さ約１００μｍのＰＢＮ誘電体層が形成された静電チャック（吸着）機能付きセラミックヒーターで長期にわたり使用され、表面のＰＢＮ層に多くのキズがあり吸着機能の劣化したセラミックヒーターを準備した。

第一の工程で、最表層であるＰＢＮ誘電体層を除去する方法が砥粒にアルミナを用いたサンドブラスト法で行った以外は実施例１と同様に処理し、修復後の特性を評価したところ新品時の特性に回復させることができた。

本発明によれば、ランニングコストを低下させることができ、かつ、省資源・リサイクル・リユースの面でも時代の要請に適合したセラミックヒーターの長寿命化を達成できるので、半導体デバイス製造の技術分野に裨益するところ大である。

Claims (6)

1. 炭素又は炭素複合材料からなる支持基材の表面に少なくとも１層の絶縁体層が形成され、該絶縁体層の上に導電体層が形成され、かつ該導電体層の上に少なくとも１層の誘電体層が形成されたセラミックヒーターの劣化した特性を修復する方法であって、該炭素又は炭素複合材料の上に形成された層を最外表面からその一部あるいはすべてを除去する第一の除去工程、第一の除去工程で除去した該炭素又は炭素複合材料の上に形成された層を再び形成する第二の形成工程を経ることにより特性を回復させることを特徴とするセラミックヒーターの修復方法。
2. 炭素又は炭素複合材料からなる支持基材の一方の表面に少なくとも１層の第一絶縁体層が形成され、該絶縁体層の上に導電体層が形成され、かつ該導電体層の上に少なくとも１層の第一誘電体層が形成され、他方の表面に第二絶縁体層、静電チャック電極層、第二誘電体層が順次形成された静電チャック付セラミックヒーターの劣化した特性を修復する方法であって、該炭素又は炭素複合材料の上に形成された静電チャック機能を有する側の層を最外表面からその一部あるいはすべてを除去する第一の除去工程、第一の除去工程で除去した該炭素又は炭素複合材料の上に形成された静電チャック機能を有する側の層を再び形成する第二の形成工程を経ることにより特性を回復させることを特徴とするセラミックヒーターの修復方法。
3. 第一の除去工程における除去方法が、サンドブラスト、ウォータージェット、平面研削、ボールエンドミル、研磨紙、鋭利な刃物により行われる請求項１または請求項２に記載のセラミックヒーターの修復方法。
4. 表面層を形成する第二の形成工程で、基材の一部をマスキング材により覆い、必要な部分のみ最表面の形成を行う請求項１または請求項２に記載のセラミックヒーターの修復方法。
5. 前記マスキング材の材質がグラファイト、窒化ホウ素、炭素／炭素複合材のいずれかからなる請求項１〜請求項４のいずれかに記載のセラミックヒーターの修復方法。
6. 前記誘電体層または前記第二誘電体層が窒化アルミニウム、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請求項１〜請求項４のいずれかに記載のセラミックヒーターの修復方法。