JP3812600B2

JP3812600B2 - 静電吸着機能を有するウエハ加熱装置

Info

Publication number: JP3812600B2
Application number: JP10837496A
Authority: JP
Inventors: 敦雄川田; 昇木村; 健司佐藤
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: JPH09278528A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
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へ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号公報参照）。
【０００３】
また、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されている（特開昭５２−６７３５３号、同５９−１２４１４０号公報参照）。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硼素を用いたもの（特開平４−３５８０７４号、同５−１０９８７６号、同５−１２９２１０号、同７−１０６６５号公報参照）が使用されている。
【０００４】
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１０¹⁰〜１０¹³Ωｃｍであることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、上記静電吸着機能を有するウエハ加熱装置の絶縁層にアルミナを用いた場合には、５００〜６５０℃までの中温域において、抵抗率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り、また、熱分解窒化硼素を用いた場合には、上記中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点があった。
【０００６】
従って、これら問題のない静電吸着機能を有するウエハ加熱装置の開発が望まれる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、上記中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、デバイス歩留りも高く、半導体デバイスの製造工程で好適に使用することができる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。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、静電吸着機能を有するウエハ加熱装置を、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材の一方の面に熱分解グラファイトからなる発熱層を形成し、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第１絶縁層を接合し、他方の面に熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極を形成し、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第２絶縁層を接合すると共に、該第２絶縁層を等方性熱分解窒化硼素で形成することにより、５００〜６５０℃の中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、デバイス歩留りも高く、それ故、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好適に使用することができる静電吸着機能を有するウエハ加熱装置が得られることを見出した。
【０００９】
即ち、従来公知の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置は、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材の一方の面に熱分解グラファイトからなる発熱層が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第１絶縁層が接合され、他方の面に熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極が形成され、その上に熱分解窒化硼素からなる第２絶縁層が接合されたもので、熱分解窒化硼素としては、通常異方性のものが使用されており、この公知の構成では５００〜６５０℃の中温域における第１及び第２絶縁層の熱分解窒化硼素の体積抵抗率が小さいため十分な静電吸着力が得られず、しかもウエハとウエハ加熱装置との密着性が悪く、温度が不均一になり、これによって製造されるデバイスの特性にばらつきを生じさせるという重大な欠点があった。
【００１０】
これに対して、本発明者は、従来公知の絶縁層に熱分解窒化硼素を用いた静電吸着機能を有するウエハ加熱装置の中温域における静電吸着力の低下を防止し得るウエハ加熱装置について種々検討した結果、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材の一方の面に熱分解グラファイトからなる発熱層が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第１絶縁層が接合され、他方の面に熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極が接合され、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第２絶縁層が接合されてなる静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、この第２絶縁層を等方性熱分解窒化硼素で形成した場合、５００〜６５０℃の中温域における絶縁層の体積抵抗率を１０¹⁰〜１０¹³Ωｃｍとすることができるため、この静電吸着機能を有するウエハ加熱装置とウエハとの密着面積が増え、中温域での静電吸着力の低下が起こらなくなり、十分な静電吸着力が得られ、ウエハの温度分布がより均一になるという有利性が与えられること、また、リーク電流によるデバイスの損傷も発生せず、デバイス歩留りが大幅に向上す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ものである。
【００１１】
従って、本発明は、窒化硼素と窒化アルミニウムとの混合焼結体からなる支持基材の一方の面に熱分解グラファイトからなる発熱層が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第１絶縁層が接合され、他方の面に熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第２絶縁層が接合された静電吸着機能を有するウエハ加熱装置であって、該第２絶縁層がアンモニアとトリメトキシ硼素との１０：１〜５：１の混合気体を１６００〜１８００℃、１０〜５０Ｔｏｒｒの条件下で化学気相蒸着することによって得られる等方性熱分解窒化硼素で形成され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。
【００１２】
以下、本発明につき更に詳細に説明すると、本発明の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置は、上記したように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材、熱分解グラファイトからなる発熱層及びその上に設けられた熱分解窒化硼素からなる第１絶縁層、熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極及びその上に設けられた等方性熱分解窒化硼素からなる第２絶縁層から構成されるものである。
【００１３】
ここで、支持基材の窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体は、公知の方法で焼結させて得たものを使用することができ、具体的には窒化硼素粉末と窒化アルミニウム粉末とを重量比で９５：５〜５０：５０の割合で混合した後、１８００〜２０００℃、１００〜３００ｋｇｆ／ｍｍ²の条件で焼結することにより得られるものを用いることができる。
【００１４】
上記支持基材の形状は特に制限はなく、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がある。
【００１５】
次に、発熱層及び静電吸着用電極として使用する熱分解グラファイトとしては、例えばメタンガスを１９００〜２２００℃、１〜１０Ｔｏｒｒという条件下で熱分解することによって得られる熱分解グラファイトが好適に使用される。
【００１６】
発熱層の膜厚は特に限定されないが、１０〜３００μｍ、特に３０〜１００μｍとすることが望ましい。
【００１７】
また、静電吸着用電極は、１０〜３００μｍ、特に３０〜１００μｍとすることが望ましい。
【００１８】
更に、上記熱分解グラファイトからなる発熱層の上に設けられる第１絶縁層を形成する熱分解窒化硼素としては、例えばアンモニアと三塩化硼素とをモル比で１：１〜１０：１で混合した気体を１８００〜２０００℃、１〜１０Ｔｏｒｒという条件下で熱分解することによって得られるものが好適であり、具体的にはアンモニアと三塩化硼素の４：１の混合気体を１８００〜２０００℃、１０Ｔｏｒｒという条件下で熱分解することで得られる熱分解窒化硼素を使用することができる。
【００１９】
第１絶縁層の膜厚は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。
【００２０】
而して、本発明は、上記したような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材の一方の面に熱分解グラファイトの発熱層が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素の第１絶縁層が接合され、他方の面に熱分解グラファイトの静電吸着用電極が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素の第２絶縁層が接合されてなる静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、第２絶縁層を等方性熱分解窒化硼素で形成するものである。本発明では、このように等方性熱分解窒化硼素で第２絶縁層を形成することにより、絶縁層の５００〜６５０℃の中温域における体積抵抗率を容易に１０¹⁰〜１０¹³Ωｃｍとすることができるもので、異方性熱分解窒化硼素で第２絶縁層を形成したのでは、温度の均一性が得られず、デバイス歩留りも低下してしまう。
【００２１】
ここで、第２絶縁層を形成する等方性熱分解窒化硼素は、例えばアンモニアとトリメトキシ硼素との１０：１〜５：１の混合気体を１６００〜１８００℃、１０〜５０Ｔｏｒｒという条件下で化学気相蒸着することによって得ることができる。
【００２２】
また、第２絶縁層の膜厚は、５０〜５００μｍ、特に１００〜２００μｍとすることが望ましく、５０μｍ未満では絶縁破壊を起こす場合があり、５００μｍを超えると十分な静電吸着力が得られない場合がある。
【００２３】
なお、本発明では、上記した第１絶縁層と第２絶縁層との両絶縁層を等方性熱分解窒化硼素で形成してもよく、このように両絶縁層を同一の炭素含有熱分解窒化硼素で形成すると、製造工程が単純化されるのでコスト的に有利となる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置は、等方性熱分解窒化硼素で第２絶縁層を形成することにより、絶縁層の５００〜６５０℃の中温域における体積抵抗率が１０¹⁰〜１０¹³Ωｃｍの範囲となることから、５００〜６５０℃の中温域において十分な静電吸着力が得られ、従ってウエハ温度の均一性が向上する上、リーク電流によるデバイスの損傷も起こらないため、デバイス歩留りが大幅に向上するという有利性が与えられる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるものではない。
【００２６】
〔実施例〕
窒化硼素粉末と窒化アルミニウム粉末を３対１の割合で混合した後、１９００℃、２００ｋｇｆ／ｍｍ²の条件下で焼結し、直径２００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの窒化硼素と窒化アルミニウムの混合焼結体からなる円板を作った。
【００２７】
次いで、この上でメタンガスを２２００℃、５Ｔｏｒｒの条件下で熱分解し、厚さ１００μｍの熱分解グラファイト層を形成し、表面に電極パターン、裏面にヒーターパターンを加工してそれぞれ静電吸着用電極、発熱層とした。更に、この両面の上でアンモニアとトリメトキシ硼素を１６００℃、２０Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、厚さ１００μｍの等方性熱分解窒化硼素絶縁層を設け、静電吸着機能を有するウエハ加熱装置を作った。
【００２８】
得られたウエハ加熱装置を使用し、ウエハを６００℃に加熱したところ、ウエハ上の温度分布は±５℃であった。
【００２９】
〔比較例〕
比較のために異方性熱分解窒化硼素で絶縁層を形成する以外は実施例と同様にして静電吸着機能を有するウエハ加熱装置を作った。得られたウエハ加熱装置について同様の測定を行ったところ、ウエハ上の温度分布は±１３℃と悪かった。

Claims

窒化硼素と窒化アルミニウムとの混合焼結体からなる支持基材の一方の面に熱分解グラファイトからなる発熱層が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第１絶縁層が接合され、他方の面に熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極が形成され、更にその上に熱分解窒化硼素からなる第２絶縁層が接合された静電吸着機能を有するウエハ加熱装置であって、該第２絶縁層がアンモニアとトリメトキシ硼素との１０：１〜５：１の混合気体を１６００〜１８００℃、１０〜５０Ｔｏｒｒの条件下で化学気相蒸着することによって得られる等方性熱分解窒化硼素で形成され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。
第１絶縁層の熱分解窒化硼素が、アンモニアと三塩化硼素とをモル比１：１〜１０：１で混合した気体を１８００〜２０００℃、１〜１０Ｔｏｒｒの条件下で熱分解することによって得られたものである請求項１記載のウエハ加熱装置。