JP4309714B2 - 静電吸着機能を有する加熱装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電吸着機能を有する加熱装置に関し、具体的には、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ーハの加熱プロセス等に好適に使用される静電吸着機能を有する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの製造工程における半導体ウエーハの加熱には、金属線を巻いたヒータが使用されていた。しかし、このヒータを使用した場合には、半導体ウエーハヘの金属汚染の問題があった。そのため、近年、セラミックス薄膜を発熱層として使用したセラミックス一体型ウエーハ加熱装置の使用が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、半導体ウエーハに加熱を行う際には、半導体ウエーハをヒータ上に固定するために減圧雰囲気において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２及び３）。
【０００４】
最近では、これらのセラミックス一体型ウエーハ加熱装置と静電吸着装置とを組み合わせた静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置が提案されている。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体層にアルミナを用いたもの（非特許文献１）、またＣＶＤ工程などの高温域においては静電吸着装置の絶縁体層に窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いたもの（例えば、特許文献４）、さらに熱分解窒化ホウ素を用いたもの（特許文献５〜８）等が使用されている。
【０００５】
このような静電吸着機能を有する加熱装置は、半導体プロセスチャンバー内に設置されて使用される。例えば、この静電吸着機能を有する加熱装置を用いてシリコンウエーハを加熱する場合、先ず、搬送アームによってプロセスチャンバー内にシリコンウエーハが搬入され、静電吸着機能を有する加熱装置上に載置される。
【０００６】
次に、静電吸着用電極に電圧を印加してシリコンウエーハを加熱装置に吸着させると共に、発熱層に通電してシリコンウエーハの加熱を行う。シリコンウエーハが所定の温度になった後にアニールやエッチング、あるいはスパッタリングやＣＶＤ等の成膜といった処理が行われる。
【０００７】
ウエーハに所望の処理を行った後、発熱層の電源をＯＦＦにしてシリコンウエーハを冷却する。シリコンウエーハが所定の温度まで冷却された後、静電吸着用電極の電源をＯＦＦにし、リフトピン等を用いてシリコンウエーハを静電吸着機能を有する加熱装置から持ち上げる。その後、シリコンウエーハは搬送アームによってプロセスチャンバーの外へ搬出される。
【０００８】
しかしながら、上記のように静電吸着機能を有する加熱装置を用いてシリコンウエーハの加熱・冷却を行う場合、静電吸着機能を有する加熱装置の絶縁体層の線膨張係数とシリコンウエーハの線膨張係数が異なっているため、昇降温の過程において絶縁体層とシリコンウエーハの各々の熱膨張量及び熱収縮量が異なり、両者が擦れ合ってしまう。
【０００９】
また、シリコンウエーハのビッカース硬さはおよそ１１ＧＰａ程度であるのに対し、絶縁体層の材質となるアルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウムのビッカース硬さは、それぞれ１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１６ＧＰａ、１４ＧＰａである。そのため、シリコンウエーハよりも硬いアルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウムを絶縁体層に用いた静電吸着機能を有する加熱装置では、シリコンウエーハに加熱・冷却を行う際にウエー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、さらにウエーハ表面に傷を発生させるという問題がある。特に、プロセス温度が５００〜８００℃の中高温域、またはそれ以上の温度領域まで加熱を行う場合では、両者の熱膨張量差がより大きくなるため、パーティクルは一層発生しやすくなり、またウエーハ表面に傷が顕著に発生してウエーハの平坦度を悪化させてしまう。
【００１０】
そして、このようにアニールやエッチング等の処理を行う際にパーティクルが発生してしまうと、その後のデバイス作製工程においてパターン欠陥等が生じる原因となり、デバイス歩留りを低下させたり、デバイスの信頼性を悪化させる等の様々な問題を引き起こす。
【００１１】
また一方、絶縁体層に熱分解窒化ホウ素を用いた静電吸着機能を有する加熱装置の場合、熱分解窒化ホウ素は、そのビッカース硬さが２ＧＰａと小さく、シリコンウエーハより柔らかい。そのため、上記のようにウエーハの加熱・冷却時にシリコンウエーハの表面が絶縁体層によって削られることは少ないものの、反対に絶縁体層の表面がシリコンウエーハによって削られてしまい、上記と同様にパーティクルを発生させるという問題がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−１２４０７６号公報
【特許文献２】
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】
特開２００１−１８９３７８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
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、シリコンウエーハ等を加熱・冷却する際に、ウエーハに傷を生じさせず、パーティクルの発生を抑制することができる静電吸着機能を有する加熱装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、支持基材と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極及び発熱層と、該静電吸着用電極及び発熱層を覆うように形成された絶縁体層とを具備する静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記絶縁体層の表面粗さが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が１０ＧＰａ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提供される。
【００１５】
このように、少なくとも、支持基材、静電吸着用電極、発熱層、絶縁体層を具備する静電吸着機能を有する加熱装置において、絶縁体層の表面粗さの平均がＲａ≦０．０５μｍで、表面粗さの最大値がＲｍａｘ≦０．６μｍであり、かつ絶縁体層の表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であるものであれば、絶縁体層のビッカース硬さが例えばシリコンウエーハよりも小さいため、加熱・冷却の際に絶縁体層とウエーハが熱膨張係数の違いにより擦れ合ってもシリコンウエーハが削られることはなく、さらに絶縁体層の表面には凸部が少なくかつ小さいので、ウエーハ表面及び絶縁体層に傷が生じるのを防止するとともにパーティクルの発生を抑制できる静電吸着機能を有する加熱装置とすることができる。
【００１６】
このとき、前記絶縁体層が、熱分解窒化ホウ素、または炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなることが好ましい。
絶縁体層が熱分解窒化ホウ素であれば、熱分解窒化ホウ素はシリコンウエーハよりもビッカース硬さが小さいため、シリコンウエーハの加熱・冷却時に両者が擦れ合う場合でも、シリコンウエーハが削られて傷やパーティクルが発生するのを確実に防止することができる。また、絶縁体層が炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなるものであれば、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素のビッカース硬さは、シリコンウエーハよりも小さく、かつ純粋の熱分解窒化ホウ素より大きくシリコンウエーハの値に近くすることができるため、ウエーハの傷の発生を防止できるし、また絶縁体層も削られにくいのでパーティクルの発生を一層抑制することができる。
【００１７】
また、前記絶縁体層の厚さが、５０〜５００μｍであることが好ましい。
加熱装置の絶縁体層がこのような厚さを有していれば、静電吸着用電極に電圧を印加したときに、絶縁破壊が生じずに十分な静電吸着力が得られ、ウエーハを安定して静電吸着することができる。
【００１８】
さらに、前記静電吸着用電極及び発熱層が、前記支持基材上に形成された保護層を介して形成されていることが好ましい。
このように支持基材上の保護層を介して静電吸着用電極及び発熱層が形成されていれば、支持基材に含まれている不純物、ガス等による汚染等を確実に防止することができる。
【００１９】
この場合、前記保護層が、熱分解窒化ホウ素からなることが好ましい。
熱分解窒化ホウ素からなる保護層が支持基材上に形成されていれば、高温でも安定しているし、また保護層が剥離することもない。
【００２０】
また、前記支持基材が、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなることが好ましい。
このような材質からなる支持基材であれば、耐熱性や強度等の物性に優れているため、長期間安定して使用できる加熱装置とすることができる。
【００２１】
さらに、前記静電吸着用電極及び／または発熱層が、金、白金族、銀、金若しくは白金族と銀の混合体、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン、熱分解グラファイト、並びにホウ素及び／または炭化ホウ素を含有する熱分解グラファイトのいずれかからなることが好ましい。
【００２２】
静電吸着用電極が上記のような材質からなるものであれば、電極の形成を容易に行うことができ、ウエーハの静電吸着も好適に行うことができる。また、発熱層が上記のような材質からなるものであれば、発熱層の形成が容易で、熱変形、断線、ショート等のトラブルを引き起こさずに効率的に発熱を行うことができる。
【００２３】
そして、前記静電吸着用電極及び／または発熱層が、スクリーン印刷または化学気相蒸着法により形成されたものであることが好ましい。
静電吸着用電極や発熱層が、スクリーン印刷または化学気相蒸着法により形成されたものであれば、支持基材または保護層の上に所望の厚さに均一に形成されたものとなる上、静電吸着用電極や発熱層と支持基材（または保護層）との接合力や、これらの上に形成された絶縁体層との接合力もより強いものとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の一例を示す断面概略図である。静電吸着機能を有する加熱装置１は、円板状の支持基材２上に形成された保護層３を介して静電吸着用電極４及び発熱層５が形成され、さらにこれらの静電吸着用電極４及び発熱層５を覆うように絶縁体層６が形成されている。尚、図示されてないが、外部電源と接続するための静電吸着用給電端子と発熱層給電端子が、それぞれ静電吸着用電極４と発熱層５に設けられ、これらを通じてそれぞれ電気が供給される。
【００２５】
そして、半導体ウエーハ等の加熱を行う場合は、静電吸着用電極４と発熱層５のそれぞれに設けられた静電吸着用給電端子と発熱層給電端子から電力を供給することにより、静電吸着用電極４によって半導体ウエーハを支持基材２の表面側の絶縁体層６上に吸着固定し、支持基材２の裏面側の導電性発熱層５によってウエーハを加熱することができる。
【００２６】
以下、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置１の各構成について具体的に説明する。
先ず、支持基材２について、その材質は特に限定されるものではないが、例えば、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなるものであれば良い。支持基材２がこのような材質からなるものであれば、安価であるとともに、耐熱性や強度等の物性に優れているため、例えば５００〜８００℃の中高温域の加熱・降温を繰り返しても長期間安定して使用できる加熱装置とすることができて望ましい。
このとき、支持基材２の形状は特に限定されるものではなく、上記円板状のものの他に、角板状、円筒状、凸部や凹部のある円板又は円筒状などでもよい。
【００２７】
また、図１に示したように、支持基材２上に保護層３が形成されていれば、支持基材２に含まれる不純物、アウトガス等がその後のデバイス作製プロセスに影響を及ぼすのを防止することができる。このような保護層３は、支持基材２が例えばグラファイトからなる場合は、絶縁性を確保するために必須であるし、酸化を防止するためにも必要である。一方、支持基材２が絶縁体からなる場合等では、例えば図２に示すように、保護層３が形成されてない静電吸着機能を有する加熱装置１１とすることができるが、保護層３を形成しておけば上記のような例えば焼結体に含まれる不純物等による汚染を確実に防ぐことができるので好ましい。
【００２８】
この保護層３の材質としては、高温まで安定しているものが好ましく、例えば、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、窒化アルミニウム、熱分解窒化ホウ素等が挙げられるが、特に保護層３が熱分解窒化ホウ素からなるものであれば、１５００℃以上の高温まで安定した保護層となるため望ましい。また、保護層３の厚さに関しては、膜厚が厚過ぎると支持基材との熱膨張の差により剥離し易くなり、薄過ぎると不純物、ガス等がピンホールより透過してその後のデバイス作製プロセスに悪影響を及ぼす恐れがあるので、保護層３は１０〜３００μｍ、特に３０〜１５０μｍ程度の厚さで形成されていることが望ましい。
【００２９】
また、静電吸着用電極４及び発熱層５の材質についても特に限定されるものではないが、金、白金族、銀、金若しくは白金族と銀の混合体、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン、熱分解グラファイト、並びにホウ素及び／又は炭化ホウ素を含有する熱分解グラファイトのいずれかからなることが好ましい。例えば、静電吸着用電極４がこのような材質からなるものであれば、電極の形成が容易であり、また中高温域における静電吸着力が高くウエーハの静電吸着を好適に行うことができる。また、発熱層が上記のような材質からなるものであれば、発熱層の形成が容易で、熱変形、断線、ショート等のトラブルを引き起こさずに効率的に発熱を行うことができる。
【００３０】
これらの静電吸着用電極４及び発熱層５の厚さは特に限定されないが、それぞれの厚さを１０〜３００μｍ、特に３０〜１５０μｍとすることが望ましい。静電吸着用電極及び発熱層をこの程度の厚さで形成することによって、半導体ウエーハ等の被加熱物をより好適に静電吸着し、効率的に加熱することができる。
【００３１】
そして、静電吸着用電極４及び発熱層５を覆うように形成される絶縁体層６は、その表面粗さの平均がＲａ≦０．０５μｍで、表面粗さの最大値がＲｍａｘ≦０．６μｍであり、かつ絶縁体層の表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であるものである。
【００３２】
このように絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍであれば、絶縁体層の表面にはウエーハと接触する凸部が少なくかつ小さいので、シリコンウエーハを加熱・冷却する際に絶縁体層とウエーハとが熱膨張係数の違いにより擦れ合っても、ウエーハ及び絶縁体層が互いに削られにくく、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００３３】
また、絶縁体層の表面のビッカース硬さがシリコンウエーハより小さい１０ＧＰａ以下であるので、シリコンウエーハの加熱・冷却の際に両者が擦れ合ってもシリコンウエーハが削られることがなく、ウエーハ表面の傷の発生を確実に防止できる。尚、絶縁体層の表面のビッカース硬さが小さ過ぎると、絶縁体層の表面粗さを上記のように制御しても、絶縁体層が柔らかいためにパーティクルの発生を十分に抑制できなくなることが考えられる。したがって、絶縁体層の表面のビッカース硬さは０．５ＧＰａ以上とすることが好ましい。
【００３４】
この場合、絶縁体層６の厚さは、５０〜５００μｍ、特に１００〜２００μｍであることが望ましい。絶縁体層６の厚さが５０μｍ未満であれば、絶縁体層が絶縁破壊を起こす恐れがある。一方、絶縁体層６の厚さが５００μｍを超えると、十分な静電吸着力が得られない恐れがある。
【００３５】
また、この絶縁体層６は、熱分解窒化ホウ素または炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなることが好ましい。例えば、絶縁体層６の材質として熱分解窒化ホウ素を用いた場合、熱分解窒化ホウ素のビッカース硬さは通常２ＧＰａ程度で、シリコンウエーハのビッカース硬さ（概ね１１ＧＰａ）よりも小さい。したがって、シリコンウエーハの加熱・冷却の際に両者が擦れ合う場合でも、シリコンウエーハが削られることによって発生するパーティクルや傷を確実に防止することができる。
【００３６】
また、絶縁体層が炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなるものであれば、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素のビッカース硬さは約３ＧＰａ程度とシリコンウエーハよりも小さく、かつ純粋の熱分解窒化ホウ素よりも大きくシリコンウエーハの値により近いものとなる。したがって、ウエーハ表面の傷の発生を確実に防止できるし、さらに絶縁体層も削られにくくなるのでパーティクルの発生を一層抑制することができる。
【００３７】
尚、熱分解窒化ホウ素に炭素を含有させることによって上記効果が得られる理由は、炭素を含有することによって熱分解窒化ホウ素の結晶構造が乱れ、その結果、熱分解窒化ホウ素が本来有している劈開性が損なわれてより硬い材質になるためと考えられる。
【００３８】
ここで、静電吸着機能を有する加熱装置における絶縁体層の表面粗さとシリコンウエーハに加熱・冷却を行なったときに発生するパーティクルの量との関係について調べた実験の結果を示す。
（実験）
図１に示すような静電吸着機能を有する加熱装置１における絶縁体層６として、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなり、表面粗さが０．０３μｍ≦Ｒａ≦０．０７μｍ、０．４μｍ≦Ｒｍａｘ≦０．８μｍの範囲で異なった絶縁体層を有する加熱装置を数種類用意した。このとき、絶縁体層の表面のビッカース硬さは何れも３ＧＰａであった。
【００３９】
これらの絶縁体層の表面粗さの異なる数種類の静電吸着機能を有する加熱装置をそれぞれ真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、加熱装置の静電吸着用電極に電圧を印加すると共に発熱層に通電し、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。その後、それぞれの加熱装置で加熱・冷却された各シリコンウエーハの表面（吸着されていた表面）をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その測定結果を以下の表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示したように、実験例１〜３を比較してみると、絶縁体層の表面粗さがＲａ＞０．０５μｍの場合（実験例３）では、ウエーハ表面で測定された０．２μｍ以上のパーティクル数が極端に増加した。また、実験例４〜６より、絶縁体層の表面粗さがＲｍａｘ＞０．６μｍになると（実験例６）、Ｒａが０．０５μｍ以下であっても発生するパーティクルが非常に多くなっていることがわかる。尚、実験例１〜６の何れのシリコンウエーハにも、その吸着した表面に傷は観察されなかった。
以上の実験結果から、絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍであり、かつそのビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であれば、ウエーハに加熱・冷却を行なう際に発生するパーティクルを低減できることが確認できた。
【００４２】
以上のように、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置は、例えばシリコンウエーハ等に５００〜８００℃の中高温域の加熱・冷却を行なうときに絶縁体層とウエーハとが擦れ合っても、シリコンウエーハが削られないためウエーハから生じるパーティクルやウエーハ表面の傷の発生を確実に防止でき、かつ絶縁体層が削られてパーティクルが発生するのを抑制できる静電吸着機能を有する加熱装置となる。したがって、デバイス作製プロセス等において本発明の静電吸着機能を有する加熱装置を用いることにより、半導体デバイスの信頼性や歩留まりの向上に大きく寄与することができる。
【００４３】
尚、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置は、上述のように絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍであり、かつ絶縁体層の表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であるものであれば良いので、例えば絶縁体層のビッカース硬さがシリコンウエーハよりも大きいものを形成する必要がある場合には、該絶縁体層上にビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる表面層をさらに形成し、その表面層の表面粗さが上記のような範囲になるように制御することによっても、シリコンウエーハに傷を発生させず、またパーティクルの発生を抑制できる加熱装置とすることができる。
【００４４】
次に、上記のような静電吸着機能を有する加熱装置の製造方法について具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではない。
先ず、支持基材上２に必要に応じて保護層３を形成する。例えば、グラファイト製の支持基材を用いる場合は、アンモニアと三塩化ホウ素の混合ガスを所定の温度と圧力下で反応させることにより、グラファイトからなる支持基材上に熱分解窒化ホウ素の保護層を形成させることができる。
【００４５】
続いて、静電吸着用電極４及び発熱層５を形成する。静電吸着用電極４及び発熱層５の形成は、スクリーン印刷または化学気相蒸着法により容易に行うことができる。例えば化学気相蒸着法により熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極及び発熱層を形成させる場合は、メタンガスを１０００〜２５００℃、１〜１０Ｔｏｒｒの条件下で反応させて保護層上に熱分解グラファイト層を形成し、次いでこの熱分解グラファイト層を支持基材の表面側には静電吸着用電極４のパターンを、裏面側には発熱層５のパターンをそれぞれ加工すれば良い。
【００４６】
このように化学気相蒸着法によれば、静電吸着用電極及び発熱層を、支持基材や保護層の上に所望の厚さに均一に、かつ高い密着性をもって形成させることができるし、さらにそれらの上に形成される絶縁体層との接合力もより強いものとなる。また、スクリーン印刷により静電吸着用電極及び発熱層を形成させる場合は、化学気相蒸着法の場合と同様に絶縁体層との間に強い接合力が得られることに加えて、静電吸着用電極や発熱層にパターン加工を行なう必要がないため、製造工程を減らして簡便に静電吸着用電極及び発熱層を形成できるという利点がある。
【００４７】
なお、前述したように、支持基材の材質等によっては保護層は必須ではないため、この場合は図２に示した静電吸着機能を有する加熱装置１１のように、支持基材２上に直接静電吸着用電極４及び発熱層５を形成させても良い。
【００４８】
次に、静電吸着用電極４及び発熱層５上に絶縁体層６を形成する。このとき、絶縁体層の表面のビッカース硬さは、シリコンウエーハのビッカース硬さ（概ね１１ＧＰａ程度）よりも確実に小さい１０ＧＰａ以下となるようにする。一般に絶縁体層のビッカース硬さはその材質や形成方法等に依存する。そのため、絶縁体層表面のビッカース硬さを１０ＧＰａ以下とするためには、絶縁体層の材質やその形成方法を適切に選択すれば良いし、また１０ＧＰａ以下のビッカース硬さを有する絶縁体層を形成できれば、その形成方法は特に限定されるものではなく、その材質に適した形成方法を用いることができる。
【００４９】
例えば、絶縁体層６の材質を前述のように熱分解窒化ホウ素とする場合には、熱分解窒化ホウ素を形成させる原料ガスを用いて化学気相蒸着させることにより好適に形成させることができる。例えば、アンモニアとハロゲン化ホウ素を１６００℃〜２０００℃、５〜１００Ｔｏｒｒの条件下で化学気相蒸着させれば、表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を容易に形成できる。
【００５０】
また、絶縁体層６の材質を炭素を含有する熱分解窒化ホウ素とする場合には、熱分解窒化ホウ素を形成させる原料ガスに、炭素を含むガスを混合して化学気相蒸着させることにより好適に形成させることができる。例えば、アンモニアとハロゲン化ホウ素に、メタンを混合したガスを１６００℃〜２０００℃、５〜１００Ｔｏｒｒの条件下で化学気相蒸着させれば、表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を容易に形成できる。
【００５１】
そして、上記のようにしてビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる絶縁体層を形成した後、その絶縁体層の表面に平面研削加工や鏡面研磨加工等を施すことによって、絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍとなるようにする。このとき、平面研削加工や鏡面研磨加工の加工条件も特に限定されるものではなく、絶縁体層の表面粗さが上記の範囲となるように適切に条件を設定して研削や研磨を行えば良い。
【００５２】
以上のような製造方法により、少なくとも、支持基材と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極及び発熱層と、該静電吸着用電極及び発熱層を覆うように形成された絶縁体層とを具備する静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記絶縁体層の表面粗さが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が１０ＧＰａ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を製造することができる。
【００５３】
【実施例】
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）
先ず、支持基材として、直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材を用意し、これにアンモニアと三塩化ホウ素の混合ガスを１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、支持基材上に熱分解窒化ホウ素からなる保護層を形成した。
【００５４】
次いで、この保護層上にメタンガスを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た。続いて、この熱分解グラファイト層の表面側に電極パターンを加工して静電吸着用電極を形成し、また裏面側にヒータパターンを加工して発熱層を形成した。
【００５５】
静電吸着用電極と発熱層を形成した後、さらにアンモニアと三塩化ホウ素とを含むガスにメタンを混合した混合ガスを２０００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を厚さ２００μｍで形成し、静電吸着機能を有する加熱装置を作製した。その後、この静電吸着機能を有する加熱装置の静電吸着面に平面研削加工及び鏡面研磨加工を施して、絶縁体層の表面粗さをＲａ＝０．０５μｍ、Ｒｍａｘ＝０．６μｍとした。
【００５６】
このようにして得られた静電吸着機能を有する加熱装置を真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、吸着用電極に電圧を印加すると共に発熱層に通電し、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。
【００５７】
その後、シリコンウエーハの吸着されていた表面をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その結果、シリコンウエーハ表面のパーティクル数は、７０００個であった。また、シリコンウエーハの表面を光学顕微鏡によって観察を行ったところ、その表面にウエーハと絶縁体層が擦れ合って発生する傷は観察されなかった。
【００５８】
さらに、ウエーハ表面を観察した後、静電吸着機能を有する加熱装置の絶縁体層からサンプルを切り出し、絶縁体層のビッカース硬さを測定した。その結果、絶縁体層のビッカース硬さは３ＧＰａであることがわかった。
【００５９】
（実施例２）
先ず、支持基材として、直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材を用意し、この支持基材上に、上記実施例１と同様にして、熱分解窒化ホウ素からなる保護層を形成し、続いてこの保護層上に静電吸着用電極及び発熱層を形成した。静電吸着用電極と発熱層を形成した後、さらにアンモニアと三塩化ホウ素とを含むガスを１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を厚さ２００μｍで形成し、静電吸着機能を有する加熱装置を作製した。その後、この静電吸着機能を有する加熱装置の静電吸着面に平面研削加工及び鏡面研磨加工を施して、絶縁体層の表面粗さをＲａ＝０．０１μｍ、Ｒｍａｘ＝０．１μｍとした。
【００６０】
このようにして得られた静電吸着機能を有する加熱装置を真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、上記実施例１と同様に、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。その後、シリコンウエーハの吸着されていた表面をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その結果、シリコンウエーハ表面のパーティクル数は、１００００個であった。また、シリコンウエーハの表面を光学顕微鏡によって観察した結果、ウエーハ表面に傷は観察されなかった。
さらに、ウエーハ表面を観察した後、絶縁体層のビッカース硬さを測定した結果、絶縁体層のビッカース硬さは２ＧＰａであることがわかった。
【００６１】
（比較例）
先ず、支持基材として、直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材を用意し、この支持基材上に、上記実施例２と同様にして、熱分解窒化ホウ素からなる保護層を形成し、続いてこの保護層上に静電吸着用電極及び発熱層を形成した。静電吸着用電極と発熱層を形成した後、上記実施例２と同様に、アンモニアと三塩化ホウ素とを含むガスを１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を厚さ２００μｍで形成し、静電吸着機能を有する加熱装置を作製した。その後、この静電吸着機能を有する加熱装置の静電吸着面に♯６００のサンドペーパーで研磨加工を施して、絶縁体層の表面粗さをＲａ＝０．３μｍ、Ｒｍａｘ＝２．８μｍとした。
【００６２】
このようにして得られた静電吸着機能を有する加熱装置を真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。その後、シリコンウエーハの吸着されていた表面をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その結果、シリコンウエーハ表面のパーティクル数は、２５０００個であった。また、シリコンウエーハの表面を観察した結果、傷は観察されなかったが、絶縁体層の表面に削られた跡が観察された。
さらに、ウエーハ表面を観察した後、絶縁体層のビッカース硬さを測定した結果、絶縁体層のビッカース硬さは２ＧＰａであることがわかった。
【００６３】
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。
【００６４】
例えば、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置において、支持基材の他、静電吸着用電極や発熱層の形状は図１及び図２のものに限定されるものではない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置によれば、例えばシリコンウエーハに５００〜８００℃の中高温域のデバイス作製プロセス等を行っても、シリコンウエーハの表面に傷を発生させず、またパーティクルの発生を抑制することができる。したがって、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置を用いることにより、デバイスの製造工程等において、半導体デバイスの信頼性や歩留まりを大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、１１…静電吸着機能を有する加熱装置、
２…支持基材、 ３…保護層、
４…静電吸着用電極、 ５…発熱層、
６…絶縁体層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電吸着機能を有する加熱装置に関し、具体的には、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ーハの加熱プロセス等に好適に使用される静電吸着機能を有する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの製造工程における半導体ウエーハの加熱には、金属線を巻いたヒータが使用されていた。しかし、このヒータを使用した場合には、半導体ウエーハヘの金属汚染の問題があった。そのため、近年、セラミックス薄膜を発熱層として使用したセラミックス一体型ウエーハ加熱装置の使用が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、半導体ウエーハに加熱を行う際には、半導体ウエーハをヒータ上に固定するために減圧雰囲気において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２及び３）。
【０００４】
最近では、これらのセラミックス一体型ウエーハ加熱装置と静電吸着装置とを組み合わせた静電吸着機能を有するウエーハ加熱装置が提案されている。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体層にアルミナを用いたもの（非特許文献１）、またＣＶＤ工程などの高温域においては静電吸着装置の絶縁体層に窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いたもの（例えば、特許文献４）、さらに熱分解窒化ホウ素を用いたもの（特許文献５〜８）等が使用されている。
【０００５】
このような静電吸着機能を有する加熱装置は、半導体プロセスチャンバー内に設置されて使用される。例えば、この静電吸着機能を有する加熱装置を用いてシリコンウエーハを加熱する場合、先ず、搬送アームによってプロセスチャンバー内にシリコンウエーハが搬入され、静電吸着機能を有する加熱装置上に載置される。
【０００６】
次に、静電吸着用電極に電圧を印加してシリコンウエーハを加熱装置に吸着させると共に、発熱層に通電してシリコンウエーハの加熱を行う。シリコンウエーハが所定の温度になった後にアニールやエッチング、あるいはスパッタリングやＣＶＤ等の成膜といった処理が行われる。
【０００７】
ウエーハに所望の処理を行った後、発熱層の電源をＯＦＦにしてシリコンウエーハを冷却する。シリコンウエーハが所定の温度まで冷却された後、静電吸着用電極の電源をＯＦＦにし、リフトピン等を用いてシリコンウエーハを静電吸着機能を有する加熱装置から持ち上げる。その後、シリコンウエーハは搬送アームによってプロセスチャンバーの外へ搬出される。
【０００８】
しかしながら、上記のように静電吸着機能を有する加熱装置を用いてシリコンウエーハの加熱・冷却を行う場合、静電吸着機能を有する加熱装置の絶縁体層の線膨張係数とシリコンウエーハの線膨張係数が異なっているため、昇降温の過程において絶縁体層とシリコンウエーハの各々の熱膨張量及び熱収縮量が異なり、両者が擦れ合ってしまう。
【０００９】
また、シリコンウエーハのビッカース硬さはおよそ１１ＧＰａ程度であるのに対し、絶縁体層の材質となるアルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウムのビッカース硬さは、それぞれ１５ＧＰａ、１６ＧＰａ、１６ＧＰａ、１４ＧＰａである。そのため、シリコンウエーハよりも硬いアルミナ、窒化ケイ素、サイアロン、窒化アルミニウムを絶縁体層に用いた静電吸着機能を有する加熱装置では、シリコンウエーハに加熱・冷却を行う際にウエー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、さらにウエーハ表面に傷を発生させるという問題がある。特に、プロセス温度が５００〜８００℃の中高温域、またはそれ以上の温度領域まで加熱を行う場合では、両者の熱膨張量差がより大きくなるため、パーティクルは一層発生しやすくなり、またウエーハ表面に傷が顕著に発生してウエーハの平坦度を悪化させてしまう。
【００１０】
そして、このようにアニールやエッチング等の処理を行う際にパーティクルが発生してしまうと、その後のデバイス作製工程においてパターン欠陥等が生じる原因となり、デバイス歩留りを低下させたり、デバイスの信頼性を悪化させる等の様々な問題を引き起こす。
【００１１】
また一方、絶縁体層に熱分解窒化ホウ素を用いた静電吸着機能を有する加熱装置の場合、熱分解窒化ホウ素は、そのビッカース硬さが２ＧＰａと小さく、シリコンウエーハより柔らかい。そのため、上記のようにウエーハの加熱・冷却時にシリコンウエーハの表面が絶縁体層によって削られることは少ないものの、反対に絶縁体層の表面がシリコンウエーハによって削られてしまい、上記と同様にパーティクルを発生させるという問題がある。
【００１２】
【特許文献１】
特開平４−１２４０７６号公報
【特許文献２】
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】
特開２００１−１８９３７８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
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、シリコンウエーハ等を加熱・冷却する際に、ウエーハに傷を生じさせず、パーティクルの発生を抑制することができる静電吸着機能を有する加熱装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、支持基材と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極及び発熱層と、該静電吸着用電極及び発熱層を覆うように形成された絶縁体層とを具備する静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記絶縁体層の表面粗さが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が１０ＧＰａ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提供される。
【００１５】
このように、少なくとも、支持基材、静電吸着用電極、発熱層、絶縁体層を具備する静電吸着機能を有する加熱装置において、絶縁体層の表面粗さの平均がＲａ≦０．０５μｍで、表面粗さの最大値がＲｍａｘ≦０．６μｍであり、かつ絶縁体層の表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であるものであれば、絶縁体層のビッカース硬さが例えばシリコンウエーハよりも小さいため、加熱・冷却の際に絶縁体層とウエーハが熱膨張係数の違いにより擦れ合ってもシリコンウエーハが削られることはなく、さらに絶縁体層の表面には凸部が少なくかつ小さいので、ウエーハ表面及び絶縁体層に傷が生じるのを防止するとともにパーティクルの発生を抑制できる静電吸着機能を有する加熱装置とすることができる。
【００１６】
このとき、前記絶縁体層が、熱分解窒化ホウ素、または炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなることが好ましい。
絶縁体層が熱分解窒化ホウ素であれば、熱分解窒化ホウ素はシリコンウエーハよりもビッカース硬さが小さいため、シリコンウエーハの加熱・冷却時に両者が擦れ合う場合でも、シリコンウエーハが削られて傷やパーティクルが発生するのを確実に防止することができる。また、絶縁体層が炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなるものであれば、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素のビッカース硬さは、シリコンウエーハよりも小さく、かつ純粋の熱分解窒化ホウ素より大きくシリコンウエーハの値に近くすることができるため、ウエーハの傷の発生を防止できるし、また絶縁体層も削られにくいのでパーティクルの発生を一層抑制することができる。
【００１７】
また、前記絶縁体層の厚さが、５０〜５００μｍであることが好ましい。
加熱装置の絶縁体層がこのような厚さを有していれば、静電吸着用電極に電圧を印加したときに、絶縁破壊が生じずに十分な静電吸着力が得られ、ウエーハを安定して静電吸着することができる。
【００１８】
さらに、前記静電吸着用電極及び発熱層が、前記支持基材上に形成された保護層を介して形成されていることが好ましい。
このように支持基材上の保護層を介して静電吸着用電極及び発熱層が形成されていれば、支持基材に含まれている不純物、ガス等による汚染等を確実に防止することができる。
【００１９】
この場合、前記保護層が、熱分解窒化ホウ素からなることが好ましい。
熱分解窒化ホウ素からなる保護層が支持基材上に形成されていれば、高温でも安定しているし、また保護層が剥離することもない。
【００２０】
また、前記支持基材が、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなることが好ましい。
このような材質からなる支持基材であれば、耐熱性や強度等の物性に優れているため、長期間安定して使用できる加熱装置とすることができる。
【００２１】
さらに、前記静電吸着用電極及び／または発熱層が、金、白金族、銀、金若しくは白金族と銀の混合体、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン、熱分解グラファイト、並びにホウ素及び／または炭化ホウ素を含有する熱分解グラファイトのいずれかからなることが好ましい。
【００２２】
静電吸着用電極が上記のような材質からなるものであれば、電極の形成を容易に行うことができ、ウエーハの静電吸着も好適に行うことができる。また、発熱層が上記のような材質からなるものであれば、発熱層の形成が容易で、熱変形、断線、ショート等のトラブルを引き起こさずに効率的に発熱を行うことができる。
【００２３】
そして、前記静電吸着用電極及び／または発熱層が、スクリーン印刷または化学気相蒸着法により形成されたものであることが好ましい。
静電吸着用電極や発熱層が、スクリーン印刷または化学気相蒸着法により形成されたものであれば、支持基材または保護層の上に所望の厚さに均一に形成されたものとなる上、静電吸着用電極や発熱層と支持基材（または保護層）との接合力や、これらの上に形成された絶縁体層との接合力もより強いものとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の一例を示す断面概略図である。静電吸着機能を有する加熱装置１は、円板状の支持基材２上に形成された保護層３を介して静電吸着用電極４及び発熱層５が形成され、さらにこれらの静電吸着用電極４及び発熱層５を覆うように絶縁体層６が形成されている。尚、図示されてないが、外部電源と接続するための静電吸着用給電端子と発熱層給電端子が、それぞれ静電吸着用電極４と発熱層５に設けられ、これらを通じてそれぞれ電気が供給される。
【００２５】
そして、半導体ウエーハ等の加熱を行う場合は、静電吸着用電極４と発熱層５のそれぞれに設けられた静電吸着用給電端子と発熱層給電端子から電力を供給することにより、静電吸着用電極４によって半導体ウエーハを支持基材２の表面側の絶縁体層６上に吸着固定し、支持基材２の裏面側の導電性発熱層５によってウエーハを加熱することができる。
【００２６】
以下、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置１の各構成について具体的に説明する。
先ず、支持基材２について、その材質は特に限定されるものではないが、例えば、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなるものであれば良い。支持基材２がこのような材質からなるものであれば、安価であるとともに、耐熱性や強度等の物性に優れているため、例えば５００〜８００℃の中高温域の加熱・降温を繰り返しても長期間安定して使用できる加熱装置とすることができて望ましい。
このとき、支持基材２の形状は特に限定されるものではなく、上記円板状のものの他に、角板状、円筒状、凸部や凹部のある円板又は円筒状などでもよい。
【００２７】
また、図１に示したように、支持基材２上に保護層３が形成されていれば、支持基材２に含まれる不純物、アウトガス等がその後のデバイス作製プロセスに影響を及ぼすのを防止することができる。このような保護層３は、支持基材２が例えばグラファイトからなる場合は、絶縁性を確保するために必須であるし、酸化を防止するためにも必要である。一方、支持基材２が絶縁体からなる場合等では、例えば図２に示すように、保護層３が形成されてない静電吸着機能を有する加熱装置１１とすることができるが、保護層３を形成しておけば上記のような例えば焼結体に含まれる不純物等による汚染を確実に防ぐことができるので好ましい。
【００２８】
この保護層３の材質としては、高温まで安定しているものが好ましく、例えば、窒化ケイ素、窒化ホウ素、アルミナ、窒化アルミニウム、熱分解窒化ホウ素等が挙げられるが、特に保護層３が熱分解窒化ホウ素からなるものであれば、１５００℃以上の高温まで安定した保護層となるため望ましい。また、保護層３の厚さに関しては、膜厚が厚過ぎると支持基材との熱膨張の差により剥離し易くなり、薄過ぎると不純物、ガス等がピンホールより透過してその後のデバイス作製プロセスに悪影響を及ぼす恐れがあるので、保護層３は１０〜３００μｍ、特に３０〜１５０μｍ程度の厚さで形成されていることが望ましい。
【００２９】
また、静電吸着用電極４及び発熱層５の材質についても特に限定されるものではないが、金、白金族、銀、金若しくは白金族と銀の混合体、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン、熱分解グラファイト、並びにホウ素及び／又は炭化ホウ素を含有する熱分解グラファイトのいずれかからなることが好ましい。例えば、静電吸着用電極４がこのような材質からなるものであれば、電極の形成が容易であり、また中高温域における静電吸着力が高くウエーハの静電吸着を好適に行うことができる。また、発熱層が上記のような材質からなるものであれば、発熱層の形成が容易で、熱変形、断線、ショート等のトラブルを引き起こさずに効率的に発熱を行うことができる。
【００３０】
これらの静電吸着用電極４及び発熱層５の厚さは特に限定されないが、それぞれの厚さを１０〜３００μｍ、特に３０〜１５０μｍとすることが望ましい。静電吸着用電極及び発熱層をこの程度の厚さで形成することによって、半導体ウエーハ等の被加熱物をより好適に静電吸着し、効率的に加熱することができる。
【００３１】
そして、静電吸着用電極４及び発熱層５を覆うように形成される絶縁体層６は、その表面粗さの平均がＲａ≦０．０５μｍで、表面粗さの最大値がＲｍａｘ≦０．６μｍであり、かつ絶縁体層の表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であるものである。
【００３２】
このように絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍであれば、絶縁体層の表面にはウエーハと接触する凸部が少なくかつ小さいので、シリコンウエーハを加熱・冷却する際に絶縁体層とウエーハとが熱膨張係数の違いにより擦れ合っても、ウエーハ及び絶縁体層が互いに削られにくく、パーティクルの発生を抑制することができる。
【００３３】
また、絶縁体層の表面のビッカース硬さがシリコンウエーハより小さい１０ＧＰａ以下であるので、シリコンウエーハの加熱・冷却の際に両者が擦れ合ってもシリコンウエーハが削られることがなく、ウエーハ表面の傷の発生を確実に防止できる。尚、絶縁体層の表面のビッカース硬さが小さ過ぎると、絶縁体層の表面粗さを上記のように制御しても、絶縁体層が柔らかいためにパーティクルの発生を十分に抑制できなくなることが考えられる。したがって、絶縁体層の表面のビッカース硬さは０．５ＧＰａ以上とすることが好ましい。
【００３４】
この場合、絶縁体層６の厚さは、５０〜５００μｍ、特に１００〜２００μｍであることが望ましい。絶縁体層６の厚さが５０μｍ未満であれば、絶縁体層が絶縁破壊を起こす恐れがある。一方、絶縁体層６の厚さが５００μｍを超えると、十分な静電吸着力が得られない恐れがある。
【００３５】
また、この絶縁体層６は、熱分解窒化ホウ素または炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなることが好ましい。例えば、絶縁体層６の材質として熱分解窒化ホウ素を用いた場合、熱分解窒化ホウ素のビッカース硬さは通常２ＧＰａ程度で、シリコンウエーハのビッカース硬さ（概ね１１ＧＰａ）よりも小さい。したがって、シリコンウエーハの加熱・冷却の際に両者が擦れ合う場合でも、シリコンウエーハが削られることによって発生するパーティクルや傷を確実に防止することができる。
【００３６】
また、絶縁体層が炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなるものであれば、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素のビッカース硬さは約３ＧＰａ程度とシリコンウエーハよりも小さく、かつ純粋の熱分解窒化ホウ素よりも大きくシリコンウエーハの値により近いものとなる。したがって、ウエーハ表面の傷の発生を確実に防止できるし、さらに絶縁体層も削られにくくなるのでパーティクルの発生を一層抑制することができる。
【００３７】
尚、熱分解窒化ホウ素に炭素を含有させることによって上記効果が得られる理由は、炭素を含有することによって熱分解窒化ホウ素の結晶構造が乱れ、その結果、熱分解窒化ホウ素が本来有している劈開性が損なわれてより硬い材質になるためと考えられる。
【００３８】
ここで、静電吸着機能を有する加熱装置における絶縁体層の表面粗さとシリコンウエーハに加熱・冷却を行なったときに発生するパーティクルの量との関係について調べた実験の結果を示す。
（実験）
図１に示すような静電吸着機能を有する加熱装置１における絶縁体層６として、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなり、表面粗さが０．０３μｍ≦Ｒａ≦０．０７μｍ、０．４μｍ≦Ｒｍａｘ≦０．８μｍの範囲で異なった絶縁体層を有する加熱装置を数種類用意した。このとき、絶縁体層の表面のビッカース硬さは何れも３ＧＰａであった。
【００３９】
これらの絶縁体層の表面粗さの異なる数種類の静電吸着機能を有する加熱装置をそれぞれ真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、加熱装置の静電吸着用電極に電圧を印加すると共に発熱層に通電し、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。その後、それぞれの加熱装置で加熱・冷却された各シリコンウエーハの表面（吸着されていた表面）をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その測定結果を以下の表１に示す。
【００４０】
【表１】
表１に示したように、実験例１〜３を比較してみると、絶縁体層の表面粗さがＲａ＞０．０５μｍの場合（実験例３）では、ウエーハ表面で測定された０．２μｍ以上のパーティクル数が極端に増加した。また、実験例４〜６より、絶縁体層の表面粗さがＲｍａｘ＞０．６μｍになると（実験例６）、Ｒａが０．０５μｍ以下であっても発生するパーティクルが非常に多くなっていることがわかる。尚、実験例１〜６の何れのシリコンウエーハにも、その吸着した表面に傷は観察されなかった。
以上の実験結果から、絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍであり、かつそのビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であれば、ウエーハに加熱・冷却を行なう際に発生するパーティクルを低減できることが確認できた。
【００４２】
以上のように、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置は、例えばシリコンウエーハ等に５００〜８００℃の中高温域の加熱・冷却を行なうときに絶縁体層とウエーハとが擦れ合っても、シリコンウエーハが削られないためウエーハから生じるパーティクルやウエーハ表面の傷の発生を確実に防止でき、かつ絶縁体層が削られてパーティクルが発生するのを抑制できる静電吸着機能を有する加熱装置となる。したがって、デバイス作製プロセス等において本発明の静電吸着機能を有する加熱装置を用いることにより、半導体デバイスの信頼性や歩留まりの向上に大きく寄与することができる。
【００４３】
尚、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置は、上述のように絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍであり、かつ絶縁体層の表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下であるものであれば良いので、例えば絶縁体層のビッカース硬さがシリコンウエーハよりも大きいものを形成する必要がある場合には、該絶縁体層上にビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる表面層をさらに形成し、その表面層の表面粗さが上記のような範囲になるように制御することによっても、シリコンウエーハに傷を発生させず、またパーティクルの発生を抑制できる加熱装置とすることができる。
【００４４】
次に、上記のような静電吸着機能を有する加熱装置の製造方法について具体的に説明する。しかしながら、本発明はこれに何ら限定されるものではない。
先ず、支持基材上２に必要に応じて保護層３を形成する。例えば、グラファイト製の支持基材を用いる場合は、アンモニアと三塩化ホウ素の混合ガスを所定の温度と圧力下で反応させることにより、グラファイトからなる支持基材上に熱分解窒化ホウ素の保護層を形成させることができる。
【００４５】
続いて、静電吸着用電極４及び発熱層５を形成する。静電吸着用電極４及び発熱層５の形成は、スクリーン印刷または化学気相蒸着法により容易に行うことができる。例えば化学気相蒸着法により熱分解グラファイトからなる静電吸着用電極及び発熱層を形成させる場合は、メタンガスを１０００〜２５００℃、１〜１０Ｔｏｒｒの条件下で反応させて保護層上に熱分解グラファイト層を形成し、次いでこの熱分解グラファイト層を支持基材の表面側には静電吸着用電極４のパターンを、裏面側には発熱層５のパターンをそれぞれ加工すれば良い。
【００４６】
このように化学気相蒸着法によれば、静電吸着用電極及び発熱層を、支持基材や保護層の上に所望の厚さに均一に、かつ高い密着性をもって形成させることができるし、さらにそれらの上に形成される絶縁体層との接合力もより強いものとなる。また、スクリーン印刷により静電吸着用電極及び発熱層を形成させる場合は、化学気相蒸着法の場合と同様に絶縁体層との間に強い接合力が得られることに加えて、静電吸着用電極や発熱層にパターン加工を行なう必要がないため、製造工程を減らして簡便に静電吸着用電極及び発熱層を形成できるという利点がある。
【００４７】
なお、前述したように、支持基材の材質等によっては保護層は必須ではないため、この場合は図２に示した静電吸着機能を有する加熱装置１１のように、支持基材２上に直接静電吸着用電極４及び発熱層５を形成させても良い。
【００４８】
次に、静電吸着用電極４及び発熱層５上に絶縁体層６を形成する。このとき、絶縁体層の表面のビッカース硬さは、シリコンウエーハのビッカース硬さ（概ね１１ＧＰａ程度）よりも確実に小さい１０ＧＰａ以下となるようにする。一般に絶縁体層のビッカース硬さはその材質や形成方法等に依存する。そのため、絶縁体層表面のビッカース硬さを１０ＧＰａ以下とするためには、絶縁体層の材質やその形成方法を適切に選択すれば良いし、また１０ＧＰａ以下のビッカース硬さを有する絶縁体層を形成できれば、その形成方法は特に限定されるものではなく、その材質に適した形成方法を用いることができる。
【００４９】
例えば、絶縁体層６の材質を前述のように熱分解窒化ホウ素とする場合には、熱分解窒化ホウ素を形成させる原料ガスを用いて化学気相蒸着させることにより好適に形成させることができる。例えば、アンモニアとハロゲン化ホウ素を１６００℃〜２０００℃、５〜１００Ｔｏｒｒの条件下で化学気相蒸着させれば、表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を容易に形成できる。
【００５０】
また、絶縁体層６の材質を炭素を含有する熱分解窒化ホウ素とする場合には、熱分解窒化ホウ素を形成させる原料ガスに、炭素を含むガスを混合して化学気相蒸着させることにより好適に形成させることができる。例えば、アンモニアとハロゲン化ホウ素に、メタンを混合したガスを１６００℃〜２０００℃、５〜１００Ｔｏｒｒの条件下で化学気相蒸着させれば、表面のビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を容易に形成できる。
【００５１】
そして、上記のようにしてビッカース硬さが１０ＧＰａ以下となる絶縁体層を形成した後、その絶縁体層の表面に平面研削加工や鏡面研磨加工等を施すことによって、絶縁体層の表面粗さがＲａ≦０．０５μｍ、Ｒｍａｘ≦０．６μｍとなるようにする。このとき、平面研削加工や鏡面研磨加工の加工条件も特に限定されるものではなく、絶縁体層の表面粗さが上記の範囲となるように適切に条件を設定して研削や研磨を行えば良い。
【００５２】
以上のような製造方法により、少なくとも、支持基材と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極及び発熱層と、該静電吸着用電極及び発熱層を覆うように形成された絶縁体層とを具備する静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記絶縁体層の表面粗さが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が１０ＧＰａ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を製造することができる。
【００５３】
【実施例】
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）
先ず、支持基材として、直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材を用意し、これにアンモニアと三塩化ホウ素の混合ガスを１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、支持基材上に熱分解窒化ホウ素からなる保護層を形成した。
【００５４】
次いで、この保護層上にメタンガスを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た。続いて、この熱分解グラファイト層の表面側に電極パターンを加工して静電吸着用電極を形成し、また裏面側にヒータパターンを加工して発熱層を形成した。
【００５５】
静電吸着用電極と発熱層を形成した後、さらにアンモニアと三塩化ホウ素とを含むガスにメタンを混合した混合ガスを２０００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を厚さ２００μｍで形成し、静電吸着機能を有する加熱装置を作製した。その後、この静電吸着機能を有する加熱装置の静電吸着面に平面研削加工及び鏡面研磨加工を施して、絶縁体層の表面粗さをＲａ＝０．０５μｍ、Ｒｍａｘ＝０．６μｍとした。
【００５６】
このようにして得られた静電吸着機能を有する加熱装置を真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、吸着用電極に電圧を印加すると共に発熱層に通電し、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。
【００５７】
その後、シリコンウエーハの吸着されていた表面をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その結果、シリコンウエーハ表面のパーティクル数は、７０００個であった。また、シリコンウエーハの表面を光学顕微鏡によって観察を行ったところ、その表面にウエーハと絶縁体層が擦れ合って発生する傷は観察されなかった。
【００５８】
さらに、ウエーハ表面を観察した後、静電吸着機能を有する加熱装置の絶縁体層からサンプルを切り出し、絶縁体層のビッカース硬さを測定した。その結果、絶縁体層のビッカース硬さは３ＧＰａであることがわかった。
【００５９】
（実施例２）
先ず、支持基材として、直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材を用意し、この支持基材上に、上記実施例１と同様にして、熱分解窒化ホウ素からなる保護層を形成し、続いてこの保護層上に静電吸着用電極及び発熱層を形成した。静電吸着用電極と発熱層を形成した後、さらにアンモニアと三塩化ホウ素とを含むガスを１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を厚さ２００μｍで形成し、静電吸着機能を有する加熱装置を作製した。その後、この静電吸着機能を有する加熱装置の静電吸着面に平面研削加工及び鏡面研磨加工を施して、絶縁体層の表面粗さをＲａ＝０．０１μｍ、Ｒｍａｘ＝０．１μｍとした。
【００６０】
このようにして得られた静電吸着機能を有する加熱装置を真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、上記実施例１と同様に、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。その後、シリコンウエーハの吸着されていた表面をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その結果、シリコンウエーハ表面のパーティクル数は、１００００個であった。また、シリコンウエーハの表面を光学顕微鏡によって観察した結果、ウエーハ表面に傷は観察されなかった。
さらに、ウエーハ表面を観察した後、絶縁体層のビッカース硬さを測定した結果、絶縁体層のビッカース硬さは２ＧＰａであることがわかった。
【００６１】
（比較例）
先ず、支持基材として、直径２００ｍｍ、厚さ１５ｍｍのグラファイト基材を用意し、この支持基材上に、上記実施例２と同様にして、熱分解窒化ホウ素からなる保護層を形成し、続いてこの保護層上に静電吸着用電極及び発熱層を形成した。静電吸着用電極と発熱層を形成した後、上記実施例２と同様に、アンモニアと三塩化ホウ素とを含むガスを１８００℃、１００Ｔｏｒｒの条件下で反応させて、熱分解窒化ホウ素からなる絶縁体層を厚さ２００μｍで形成し、静電吸着機能を有する加熱装置を作製した。その後、この静電吸着機能を有する加熱装置の静電吸着面に♯６００のサンドペーパーで研磨加工を施して、絶縁体層の表面粗さをＲａ＝０．３μｍ、Ｒｍａｘ＝２．８μｍとした。
【００６２】
このようにして得られた静電吸着機能を有する加熱装置を真空チャンバ内に設置し、その上に直径２００ｍｍのシリコンウエーハを載置した後、シリコンウエーハを３ｇ／ｃｍの吸着力で吸着しつつ８００℃への加熱と冷却を行った。冷却後、シリコンウエーハを真空チャンバから取り出した。その後、シリコンウエーハの吸着されていた表面をパーティクルカウンターによって測定し、０．２μｍ以上の大きさのパーティクル数をカウントした。その結果、シリコンウエーハ表面のパーティクル数は、２５０００個であった。また、シリコンウエーハの表面を観察した結果、傷は観察されなかったが、絶縁体層の表面に削られた跡が観察された。
さらに、ウエーハ表面を観察した後、絶縁体層のビッカース硬さを測定した結果、絶縁体層のビッカース硬さは２ＧＰａであることがわかった。
【００６３】
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。
【００６４】
例えば、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置において、支持基材の他、静電吸着用電極や発熱層の形状は図１及び図２のものに限定されるものではない。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置によれば、例えばシリコンウエーハに５００〜８００℃の中高温域のデバイス作製プロセス等を行っても、シリコンウエーハの表面に傷を発生させず、またパーティクルの発生を抑制することができる。したがって、本発明の静電吸着機能を有する加熱装置を用いることにより、デバイスの製造工程等において、半導体デバイスの信頼性や歩留まりを大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の静電吸着機能を有する加熱装置の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１、１１…静電吸着機能を有する加熱装置、
２…支持基材、 ３…保護層、
４…静電吸着用電極、 ５…発熱層、
６…絶縁体層。
Claims (8)
- 少なくとも、支持基材と、該支持基材上に形成された静電吸着用電極及び発熱層と、該静電吸着用電極及び発熱層を覆うように形成された絶縁体層とを具備する静電吸着機能を有する加熱装置であって、前記絶縁体層の表面粗さが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が２ＧＰａ以上３ＧＰａ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。
- 前記絶縁体層が、熱分解窒化ホウ素、または炭素を含有する熱分解窒化ホウ素からな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加熱装置。
- 前記絶縁体層の厚さが、５０〜５００μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
- 前記静電吸着用電極及び発熱層が、前記支持基材上に形成された保護層を介して形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
- 前記保護層が、熱分解窒化ホウ素からなることを特徴とする請求項４に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
- 前記支持基材が、窒化ケイ素焼結体、窒化ホウ素焼結体、窒化ホウ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、及びグラファイトのいずれかからなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
- 前記静電吸着用電極及び／または発熱層が、金、白金族、銀、金若しくは白金族と銀の混合体、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン、熱分解グラファイト、並びにホウ素及び／または炭化ホウ素を含有する熱分解グラファイトのいずれかからなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
- 前記静電吸着用電極及び／または発熱層が、スクリーン印刷または化学気相蒸着法により形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の静電吸着機能を有する加熱装置。
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