WO2007043519A1 - 静電吸着機能を有するウエハ加熱装置 - Google Patents
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Definitions
- Wafer heating apparatus having electrostatic adsorption function
- the present invention relates to a wafer heating apparatus having an electrostatic attraction function that is suitably used for a semiconductor wafer heating process in a semiconductor device manufacturing process and an inspection process including a temperature raising process.
- PBN pyrolytic boron nitride
- PG pyrolytic graphite
- Such a heater is easier to install than a conventional tantalum wire heater, and heat deformation, disconnection, short circuit, etc. Since it is an easy-to-use and easy-to-use heater, it has the advantage of being able to obtain a relatively uniform temperature.
- an electrostatic adsorption device When heating the semiconductor wafer, an electrostatic adsorption device is used in a reduced-pressure atmosphere to fix the semiconductor wafer on the heater, and the material moves from resin to ceramics as the process temperature increases. (See JP-A-52-67353 and JP-A-59-124140).
- the electrostatic attraction force becomes stronger when the volume resistivity of this insulating layer is lowered, but if it is too low, the device due to leakage current becomes stronger. Since damage occurs, it is desirable that the volume resistance value of the insulating layer of the electrostatic adsorption device is 10 8 to 10 18 ⁇ / cm, preferably 10 9 to 10 13 ⁇ / cm.
- the electrostatic chuck is classified into three types according to the shape of the electrode to which the voltage of the electrostatic chuck is applied.
- the unipolar type with a single internal electrode the object to be adsorbed must be grounded
- the bipolar type with a pair of internal electrodes and with the comb electrode type in which a pair of electrodes are formed in a comb shape Since the positive and negative voltages are applied to each of the two electrodes, the latter type is often used for semiconductors where it is not necessary to ground the wafer as an adsorbed object.
- the resistance value becomes too low in the middle to high temperature range from 500 to 650 ° C, and the device is damaged by the leakage current. There is a problem that it occurs.
- the resistance value becomes too high in the above medium and high temperature range, so that there is a problem that sufficient electrostatic adsorption force cannot be obtained.
- An insulator layer of an electrostatic adsorption device that solves such problems uses pyrolytic boron nitride containing 1 to 20% by mass of carbon (Japanese Patent Laid-Open No. 9278527), Pyrolytic boron nitride containing 1 to 10% by weight of silicon is used for the insulator layer of the adsorption device (Japanese Patent Laid-Open No. 8-227933), and the resistance value is moderate even in the middle to high temperature range of 500 to 650 ° C. Those having sufficient electrostatic adsorption force have been proposed.
- the present invention has been made in response to the above-mentioned demand, and has a sufficient electrostatic attraction force that does not cause dielectric breakdown even at high temperatures when the wafer is electrostatically attracted and heated.
- An object of the present invention is to provide a wafer heating apparatus having an electrostatic adsorption function in which residual adsorption is prevented.
- a conductive heating layer is provided on one side of the surface of the support substrate in the wafer heating apparatus having an electrostatic adsorption function.
- a wafer heating apparatus having an electrostatic adsorption function in which a conductive electrostatic adsorption electrode is formed on the surface of the substrate and an insulating layer is formed so as to cover the heat generating layer and the electrostatic adsorption electrode.
- the present invention provides:
- a conductive heating layer is formed on one side of the support substrate, a conductive electrostatic adsorption electrode is formed on the other side, and an insulating layer is formed to cover these heating layer and electrostatic adsorption electrode.
- the insulating layer covering the electrostatic adsorption electrode has a surface resistivity sS) of the part to be adsorbed more than the surface resistivity sE) of the part of the electrostatic adsorption electrode side.
- a conductive heating layer is formed on one side of the support substrate, a conductive electrostatic adsorption electrode is formed on the other side, and an insulating layer is formed to cover these heating layer and electrostatic adsorption electrode.
- the insulating layer covering the electrode for electrostatic adsorption has the surface resistivity sE) of the electrostatic adsorption electrode side portion and the surface resistivity of the adsorption side portion.
- P sS surface resistivity ratio
- ps EZ P SS is 100 or less
- p sE and p sS are each 1 x 10 8 ⁇ or more provide.
- a wafer heating apparatus having an electrostatic attraction function insulation breakdown between bipolar electrodes is stable over a long period of time, even from near room temperature to an intermediate temperature range of 500 to 650 ° C.
- Sufficient electrostatic attraction force is generated and there is a problem of reduced production capacity due to replacement work due to dielectric breakdown of the insulating layer, a problem of wafer detachment during device manufacturing due to insufficient adsorption force, and uneven temperature distribution due to insufficient adsorption force
- This can solve the problem of misalignment of the wafer and wafer misalignment due to residual adsorption after cutting off the applied voltage.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a heating device of the present invention.
- FIG. 2 is a partially omitted enlarged sectional view of the example.
- FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for measuring electrostatic attraction force using the heating devices of Examples and Comparative Examples.
- FIG. 4 is a graph showing the relationship between p sE, p sS and electrostatic attraction force in the heating devices of Examples and Comparative Examples.
- a wafer heating device having an electrostatic adsorption function has a conductive heating layer 4 on one surface of a support substrate 2 of the wafer heating device 1 and the other surface.
- Conductive And the insulating layer 5 is formed so as to cover the heat generating layer 4 and the electrostatic adsorption electrode 3.
- the supporting base material includes a silicon nitride sintered body, a boron nitride sintered body, a mixed sintered body of boron nitride and aluminum nitride, an alumina sintered body, an aluminum nitride sintered body, and a pyrolytic nitrogen.
- the main component is any one of boron fluoride and pyrolytic boron nitride coated graphite. Such a material is desirable because the physical properties are stable even in the middle to high temperature range of 500 to 650 ° C.
- the main component means that the above components are contained in an amount of 80% by mass or more, particularly 90% by mass or more, and the balance is a sintering aid.
- the conductive heat generating layer can be formed of SiC, graphite (C), Mo, Ti, or the like having a volume resistivity of 1 X 10 5 ⁇ cm or less, and is formed by patterning into an appropriate shape. be able to.
- the electrode for electrostatic attraction can be formed of SiC, graphite (C), Mo, Ti or the like having a volume resistivity of 1 ⁇ 10 5 ⁇ cm or less, and this is also appropriately patterned into a shape
- the electrostatic attraction electrode has a pair of bipolar structures and the bipolar electrodes are alternately formed in a comb shape or a concentric shape. This stabilizes the suction force within the wafer surface.
- 3a and 3b indicate bipolar electrostatic adsorption electrodes.
- the insulating layer is formed by at least one of silicon nitride, boron nitride, aluminum nitride, alumina, a mixture of boron nitride and silicon nitride, a mixture of boron nitride and aluminum nitride, and yttria. I like it! /
- At least one, preferably all, of the adsorption electrode, the heating element, and the insulating layer is formed by a chemical vapor deposition method.
- a chemical vapor deposition method it can form uniformly in desired thickness, Furthermore, peeling and generation
- the present invention provides a wafer heating apparatus having an electrostatic attraction function having the above-described configuration.
- the insulating layer 5a covering the electrode for electrostatic attraction 3 Part) 5a-1 surface resistivity p sE part to be adsorbed (nearest part) 5a-2 surface resistivity p sS is made smaller so that the wafer remains adsorbed immediately after the applied voltage is turned off. Powerless mouth
- the ratio of the surface resistivity P sE of the electrostatic adsorption electrode side part (nearest part) 5a-1 to the surface resistivity p sS of the part to be adsorbed (nearest part) 5a-2 can be removed.
- reference numeral 5a-3 denotes an intermediate portion of the insulating layer 5a covering the electrode for electrostatic attraction.
- the portion 5a-1 closest to the electrostatic adsorption electrode refers to a position 50 ⁇ m inward (toward the object to be adsorbed) from the surface of the electrode 3, and the portion 5a-2 closest to the object to be adsorbed is From the outer surface of the insulating layer 5a covering the electrode for electrostatic adsorption to the position 50 m inside (in the direction of the electrostatic adsorption electrode).
- the thickness of the insulating layer 5a is preferably 100 to 300 m, particularly preferably 100 to 150 m.
- the thickness of the insulating layer covering the heating element is 50 to 300 ⁇ m, and the thickness is 80 to 200 m. A force of ⁇ m is preferable.
- the surface resistivity p sS of the adjoining part 5a-2 is made smaller than the surface resistivity p sE of the electrostatic adsorption electrode proximate part 5a-1, but p sE and p sS each 1 ⁇ 10 8 ⁇ / mouth more, preferably 1 ⁇ 10 8 ⁇ / mouth ⁇ 1 ⁇ 10 " ⁇ / mouth, more preferred properly is 1 ⁇ 10 9 ⁇ / mouth ⁇ 1 ⁇ 10 14 ⁇ / mouth, more preferably 1 ⁇ 1 ⁇ 10 ⁇ / mouth ⁇ 1 ⁇ 10 14 ⁇ It is desirable to have a mouth, and p sEZ PSS is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 10.
- the resistivity of the intermediate part 5a-3 is 2 310 8 It can be ⁇ 9 ⁇ 10 14 ⁇ / mouth, and preferably takes an intermediate value between p sE and p sS.
- the insulating layer force covering the electrostatic adsorption electrode is different in surface resistivity between the electrostatic adsorption electrode side and the adsorbent side, but the surface resistivity is changed.
- the resistance adjusting material added in the insulating layer is dispersed so as to have anisotropy, or heat is applied to make the crystallinity oriented, or the material is manufactured by the vapor phase growth method, the raw material gas is used. This is done by changing the gas flow rate, reaction temperature, pressure, etc.
- the surface resistivity between the nearest part of the object to be adsorbed and the nearest part of the electrostatic attraction electrode changes while being inclined for a while. This is because if the surface resistivity is rapidly changed in the insulating layer, a boundary layer is formed at that portion, and the structure becomes weak.
- the insulating layer includes a silicon nitride sintered body, a boron nitride sintered body, boron nitride and nitride nitride.
- One or more of Lumidium's mixed sintered body, alumina sintered body, aluminum nitride sintered body, and pyrolytic boron nitride are effective forces.
- a resistance adjusting material in the range of 0.001% to 30% by mass, more preferably 0.01 to 25% by mass, and still more preferably 0.1 to 20% by mass. It is preferable to adjust the surface resistivity.
- An insulating layer having such a material strength is desirable because the physical property is stable even in the middle to high temperature range of 500 to 650 ° C, and the desired electrostatic adsorption force can be sufficiently exhibited.
- the resistance adjusting material is preferably at least one of boron, silicon, carbon, aluminum, yttrium, titanium, and boron carbide. With such a material, the resistance is determined in proportion to the amount contained, so there is an advantage in that it is easy to adjust the resistance.
- a mixture of ammonia and boron trichloride is reacted under the conditions of 1,800 ° C and lOOTorr to produce a boron nitride film 300 ⁇ m on a graphite substrate with a diameter of 200 mm and a thickness of 20 mm. Boron nitride coated graphite substrate was used.
- methane gas was pyrolyzed on this at 2200 ° C and 5 Torr to form a pyrolytic graphite layer having a volume resistivity of 0.4 m ⁇ cm having a thickness of 100 m.
- the heating layer was used.
- a mixture of ammonia, boron trichloride and methane reacts under various conditions within the range of 1,900 to 2,000 ° C, 1 to: LOOTorr, and the surface resistivity is laminated.
- the carbon-containing pyrolytic boron nitride insulating layer can be produced with reference to known literature (J. Appl. Phys., Vol. 65 (1989)) and JP-A-9-278527.
- Adsorption force measurement is performed in vacuum (10 Pa), with the silicon cell 6 adsorbed as shown in Fig. 3 pulled up and the load cell 7 value when the jig 6 is peeled off. Measurements were taken in each case when DC voltage was applied and 10 seconds after the applied voltage was turned off. If the suction force is generated 10 seconds after the applied voltage is turned off, there is a high possibility that the position will shift when the object is peeled off.
- the insulating layer portion of the sample was divided into the immediate vicinity of the object to be adsorbed and the immediate vicinity of the electrostatic adsorption electrode, and a sample for resistivity measurement was cut out to measure the surface resistivity.
- the thickness of each sample was 50 ⁇ m.
- the surface resistivity is measured in accordance with JIS standards (K6911-- May 13, 1995 resistivity), and the measuring machine is a Hirestar IP MCP-HT260 made by Diainstrument, and the probe is used. Using an HRS probe, measurements were taken at a room temperature of 25 ° C and a humidity of 50% using a sample of the force near the center of a wafer heating device with an electrostatic adsorption function.
- results of the examples are based on the adsorption characteristics when the adsorption force when DC voltage ⁇ 500V is applied at 25 ° C (near room temperature), 300 ° C, and 650 ° C is lOgZcm 2 or more. Is summarized in Figure 4.
- the ratio of the surface resistivity p sE near the electrostatic adsorption electrode of the insulating layer to the surface resistivity p sS near the object to be adsorbed is 100 or less, and ⁇ o sE is 1 x 10 9 ⁇ / ⁇ or more, p sS is 1 X 10 8 ⁇ / mouth or more, abnormal leakage current or dielectric breakdown does not occur and high electrostatic adsorption force is generated, but in other areas Damage due to dielectric breakdown or adsorption force was less than lOgZcm 2 and sufficient adsorption performance could not be obtained.
- ⁇ Adsorption power 10g / cm 2 or more
- ⁇ Adsorption power Less than lOgZcm 2
- X Large leakage current, dielectric breakdown
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Abstract
支持基板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が形成された構成の静電吸着機能を有するウエハ加熱装置において、前記静電吸着用電極を覆う絶縁層が、静電吸着電極側部分の表面抵抗率ρｓＥより被吸着物側部分の表面抵抗率ρｓＥが小さいものであ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。
Description
明 細 書
静電吸着機能を有するウェハ加熱装置
技術分野
[0001] 本発明は、昇温工程を含む半導体デバイスの製造工程、検査工程における半導 体ウェ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ェハ加熱装置 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ェハの加熱には、金属線を卷 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、半導体ゥ ェハへの金属汚染の問題があつたため、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ェハ加熱装置の使用が提案されている（特開平 4 12407 6号公報)。
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ェハの加熱方法 としては、基体内からのアウトガスがなぐ高純度、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（特開昭 63— 241921号公報）、このようなヒーターであると従来のタンタルワイヤ 一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 で使いやすぐ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 点ちある。
この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、プロセスの高温ィ匕に伴ってそ の材質は榭脂からセラミックスに移行している（特開昭 52— 67353号公報、特開昭 5 9— 124140号公報参照）。
[0003] また最近では、これらのセラミックス一体型ウェ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ェハ加熱装置が提案されており、例えば、エッチングェ 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（ニューセラミツ タス（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ほう素を用いたもの（特開平 4— 358074号公報、特開平 5— 109876号公報、特開平 5— 129210号公報参照）が使用されている。
「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 108〜1018 Ω /c m、好ましくは 109〜1013 Ω /cmであることが望まし 、とされる。
[0004] 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種類に分 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ゥ ェハを接地する必要がなぐ半導体用では後者のタイプが多く使われている。
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力 半導体デバイスの製造工程の中には、 500°C を超えるような高温での使用要求も増えてきている。
上記静電吸着機能を有するウェハ加熱装置の絶縁体層にアルミナを用いた場合 には、 500〜650°Cまでの中高温域において、抵抗値が低くなりすぎて、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る。また、熱分解窒化硼素を用 いた場合には、上記中高温域で抵抗値が高くなりすぎるため、十分な静電吸着力が 得られな 、と 、う問題があった。
[0005] このような問題を解決すベぐ静電吸着装置の絶縁体層に 1〜20質量％の炭素を 含有する熱分解窒化硼素を用いたもの (特開平 9 278527号公報)、静電吸着装 置の絶縁体層に 1〜10重量％の珪素を含有する熱分解窒化硼素を用い (特開平 8 -227933号公報）、 500〜650°Cの中高温域においても抵抗値が適度で十分な静 電吸着力を有するものが提案されて 、る。
し力しながら、静電吸着装置の機能上、ウェハを吸着するのに高電圧を印加する 必要があり、絶縁層に帯電した電荷により印加電圧を切っても残留吸着力が発生し、 剥がす際にウェハの位置ずれが発生し、自動搬送に支障をきたすという問題があつ た。使用域が高温になればなるほど、双極型では一対の電極と電極との間にリーク
電流が多く流れ、最悪の場合は絶縁層が絶縁破壊を起こし、吸着機能を失うという問 題が生じていた。絶縁膜が絶縁破壊を起こした場合は、この静電吸着装置は交換と なってしまい、半導体デバイスの製造工程をストップさせるため、コストアップの要因と なっていた。そこで、高温域でも長寿命で安定して使用できる静電吸着装置が望ま れていた。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 本発明は、上記要望に応えたもので、ウェハを静電吸着して加熱するに際し、高温 中でも絶縁破壊することなぐ十分な静電吸着力を有し、被加熱物 (ウェハ)の残留 吸着が防止された静電吸着機能を有するウェハ加熱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
[0007] 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、静電吸着機能を有 するウェハ加熱装置において、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が形成された構成の静電吸着機能を有するウェハ加熱装置に おいて、静電吸着用電極を覆う絶縁層の表面抵抗率を以下のようにすることにより問 題を解決できることを見出した。即ち、静電吸着電極の直近部の表面抵抗率 p sEよ りも被吸着物の直近部の表面抵抗率/ 0 sSを小さくすることにより、印加電圧を切って も残留吸着力が発生せず、絶縁層に帯電した電荷が消失しやすくなり、ウェハを剥 がす際に位置ずれは発生しなくなること、また、静電吸着電極直近部の表面抵抗率 p sEと被吸着物直近部の表面抵抗率 p sSとの比 ( sEZ P SS)が 100以下で、 p s £と/0 33をそれぞれ1 10 /ロ以上とすることにょり、室温付近から 500〜650°C の中高温域においても、長期間に亘り安定して双極電極間で絶縁破壊することなぐ 十分に静電吸着力を発生することを知見し、本発明を完成させた。
[0008] 従って、本発明は、
( 1)支持基板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が形成された
構成の静電吸着機能を有するウェハ加熱装置において、前記静電吸着用電極を覆 う絶縁層が、静電吸着電極側部分の表面抵抗率 sE)より被吸着物側部分の表面 抵抗率 sS)が小さいものであることを特徴とする静電吸着機能を有するウェハ加 熱装置、及び
(2)支持基板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が形成された 構成の静電吸着機能を有するウェハ加熱装置において、前記静電吸着用電極を覆 う絶縁層が、静電吸着電極側部分の表面抵抗率 sE)と被吸着物側部分の表面 抵抗率（ p sS)との比（ p sEZ P SS)が 100以下で、 p sE及び p sSはそれぞれ 1 X 108 Ω Ζ口以上であることを特徴とする静電吸着機能を有するウェハ加熱装置 を提供する。
発明の効果
[0009] 本発明によれば、静電吸着機能を有するウェハ加熱装置において、室温付近から 500〜650°Cの中高温域においても、長期間に亘り安定して双極電極間で絶縁破 壊することなぐ十分に静電吸着力を発生し、絶縁層の絶縁破壊による交換作業によ る製造能力低下の問題、吸着力不足によるデバイス製造時のウェハ脱離の問題、吸 着力不足による温度分布むらの発生、印加電圧切断後の残留吸着によるウェハ位 置ずれの問題等を解決できる。
図面の簡単な説明
[0010] [図 1]本発明の加熱装置の一実施例を示す断面図である。
[図 2]同例の一部省略拡大断面図である。
[図 3]実施例、比較例の加熱装置を用いて静電吸着力を測定する方法を示す説明 図である。
[図 4]実施例、比較例の加熱装置における p sE、 p sS及び静電吸着力の関係を示 すグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0011] 本発明に係る静電吸着機能を有するウェハ加熱装置は、図 1に示すように、ウェハ 加熱装置 1の支持基板 2の表面の一方の面に導電性発熱層 4を、他方の面に導電
性の静電吸着用電極 3を形成し、更にこれら発熱層 4及び静電吸着用電極 3を覆うよ うに絶縁層 5が形成された構成を有する。
[0012] この場合、支持基材としては、窒化珪素焼結体、窒化硼素焼結体、窒化硼素と窒 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、熱分解窒 化硼素、熱分解窒化硼素コートグラフアイトの ヽずれかを主成分としたものからなるこ とが好ましい。このような材質であれば、 500〜650°Cの中高温域においても物性が 安定しているため望ましい。なお、主成分とは、上記成分を 80質量％以上、特に 90 質量％以上含むことを意味し、残部は、焼結助材である。
[0013] 導電性発熱層は、体積抵抗率 1 X 105 Ω cm以下の SiC,グラフアイト（C) , Mo, Ti 等により形成することができ、適宜形状にパターン加工することにより、形成すること ができる。
[0014] また、静電吸着用電極は、体積抵抗率 1 X 105 Ω cm以下の SiC,グラフアイト (C) , Mo, Ti等により形成することができ、これも適宜形状にパターン化することにより形成 し得るが、静電吸着用電極が一対の双極構造となっており、櫛形又は同心円状に双 極電極が交互に形成されたものであることが好ましぐこのような形状になっているこ とによりウェハ面内の吸着力が安定する。なお、図 1において、 3a, 3bは双極型静電 吸着用電極であることを示す。
[0015] 更に、前記絶縁層は、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化硼 素と窒化珪素の混合体、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合体、イットリアのいずれ 力 1つ以上力 形成することが好まし!/、。
[0016] なお、吸着用電極、発熱体、絶縁層のうち少なくとも 1つ、好ましくは全てが化学気 相蒸着法によって形成されたものであることが好まし 、。このように化学気相蒸着法 により形成すれば、所望の厚さに均一に形成させることができ、更には剥離やパーテ イタルの発生を防ぐことができる。
[0017] 本発明は、上記構成の静電吸着機能を有するウェハ加熱装置において、図 2に示 すように前記静電吸着用電極 3を覆う絶縁層 5aが、静電吸着電極側部分 (直近部） 5 a— 1の表面抵抗率 p sEより被吸着物側部分 (直近部） 5a— 2の表面抵抗率 p sSを 小さくしたもので、これにより印加電圧を切った直後のウェハの残留吸着がなぐ非力口
熱物を剥がすことができ、更に静電吸着電極側部分 (直近部） 5a— 1の表面抵抗率 P sEと被吸着物側部分 (直近部） 5a— 2の表面抵抗率 p sSとの比 ( sE/ p sS)を 100以下で、 ίosE及びίosSをそれぞれlX108ΩZ□以上とすることにょり、室温付 近から高温まで十分な静電吸着力を有することができる。なお、図 2中、 5a— 3は上 記静電吸着用電極を覆う絶縁層 5aの中間部である。
[0018] ここで、上記静電吸着電極直近部 5a— 1は、該電極 3表面から 50 μ m内側 (被吸 着物方向）の位置までをいい、また被吸着物直近部 5a— 2は、静電吸着用電極を覆 う絶縁層 5aの外表面から 50 m内側（静電吸着用電極方向）の位置までをいう。な お、該絶縁層 5aの厚さは 100〜300 m、特に 100〜150 mとすることが好ましい また、発熱体を覆う絶縁層の厚さは 50〜300 μ m、特〖こ 80〜200 μ mとすること力 好ましい。
[0019] 本発明においては、上記静電吸着電極直近部 5a— 1の表面抵抗率 p sEより被吸 着物直近部 5a— 2の表面抵抗率 p sSを小さくしたものであるが、 p sE及び p sSは、 それぞれ 1Χ108Ω /口以上、好ましくは 1Χ108Ω /口〜 1Χ10"Ω /口、より好ま しくは 1Χ109Ω /口〜 1Χ1014Ω /口、更に好ましくは 1Χ1Ο10Ω /口〜 1Χ1014Ω Ζ口であることが望ましい。また、 p sEZ P SSは 1〜100、より好ましくは 1〜10であ ることが望ましい。なお、上記中間部 5a— 3の抵抗率は 2Χ108〜9Χ1014Ω /口と することができ、 p sEと p sSとの中間の値をとることが好ましい。
[0020] 本発明は、このように静電吸着電極を被覆する絶縁層力 静電吸着電極側と被吸 着物側とで表面抵抗率が相違しているものであるが、表面抵抗率を変える手段として は、例えば、絶縁層内に添加する抵抗調整材に異方性をもたせるよう分散させたり、 熱をかけて結晶性に配向性をもたせたり、気相成長法により作製する場合は原料ガ ス種ゃガス流量、反応温度、圧力などを変えることによりなされる。
[0021] また、被吸着物の直近部から静電吸着電極の直近部の間の表面抵抗率は暫時傾 斜して変化して 、るほうが好ま U、。表面抵抗率を絶縁層内で急激に変化させると、 その部分に境界層ができ、構造上弱くなつてしまうからである。
[0022] 絶縁層は、上述した通り、窒化珪素焼結体、窒化硼素焼結体、窒化硼素と窒化ァ
ルミ二ゥムの混合焼結体、アルミナ焼結体、窒化アルミニウム焼結体、熱分解窒化硼 素のいずれか 1つ以上力 形成することが有効である力 絶縁層の表面抵抗率を変 化させる手段としては、 0. 001質量％以上 30%質量以下の範囲、より好ましくは 0. 01〜25質量％、更に好ましくは 0. 1〜20質量％の範囲で抵抗調整材を含有させる ことにより、表面抵抗率を調整することが好ましい。このような材質力もなる絶縁層で あれば、 500〜650°Cの中高温域においても物性が安定しているため望ましぐ静電 吸着力も十分発揮されるため望ましい。
[0023] 抵抗調整材は、硼素、珪素、炭素、アルミニウム、イットリウム、チタン、炭化硼素の いずれか 1種以上であることが好ましい。このような材質であれば、含まれる量に比例 して抵抗が決まるので、抵抗を調整しやす ヽと ヽぅ利点がある。
実施例
[0024] 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 、。
[0025] [実施例 比較例 1]
アンモニアと三塩化硼素の混合気を 1, 800°C、 lOOTorrの条件下で反応させて、 直径 200mm、厚さ 20mmのグラフアイト基材の上に窒化硼素膜 300 μ mを生成し、 熱分解窒化硼素コートグラフアイト基材とした。
次いで、この上でメタンガスを 2, 200°C、 5Torrの条件下で熱分解し、厚さ 100 mの体積抵抗率 0. 4m Ω cmの熱分解グラフアイト層を形成した。
表面には、双極型で電極が同心円状に交互に配置された静電吸着用電極、裏面 には、ヒーターとなるよう熱分解グラフアイト層をパターンカ卩ェして、それぞれ静電吸 着用電極、発熱層とした。
[0026] 更に、この両面上でアンモニアと三塩化硼素とメタンの混合気を 1, 900〜2, 000 °C、 1〜： LOOTorrの範囲内で条件を変えて反応し、表面抵抗率を積層方向で変化さ せた、厚さ 200 mの炭素含有熱分解窒化硼素絶縁層を設けた。なお、炭素含有熱 分解窒化硼素絶縁層は公知文献 (J. Appl. Phys. , Vol. 65 (1989) )、特開平 9— 278527号公報を参考にして作製することができる。
最後に、吸着面を鏡面研磨して、静電吸着機能を有するウェハ加熱装置を作った
[0027] 絶縁層の製造条件を種々変えた各試料を、 25°C (室温付近）、 300°C、 650°Cの 状態で双極電極間に ± 500Vの直流電圧をかけて吸着力を測定した。
吸着力測定は、真空中で（10Pa)、図 3のように吸着させたシリコン製の治具 6を引 き上げて治具 6が剥がれる時のロードセル 7の値を吸着力として、 ± 500Vの直流電 圧印加時と印加電圧を切ってから 10秒後のそれぞれのケースにおいて測定を行つ た。印加電圧を切って力も 10秒後に吸着力が発生する場合は、被吸着物を剥がす 際に位置ずれを生じてしまう可能性が高い。
吸着力の測定後に、試料の絶縁層部分を被吸着物の直近部と静電吸着電極の直 近部とに分けて抵抗率測定用のサンプルを切り出し、表面抵抗率の測定を行った。 サンプルの厚さはそれぞれ 50 μ mとした。
[0028] 表面抵抗率の測定は、 JIS規格 (K6911— 1995 5. 13抵抗率）に準じて行い、測 定機械はダイヤインスツルメンッ社製のハイレスター IP MCP— HT260を用い、プ ローブは HRSプローブを使用して、静電吸着機能を有するウェハ加熱装置の中心 付近力も採取したサンプルで室温 25°C、湿度 50%環境で測定を行った。
[0029] 絶縁層の静電吸着電極の直近部の表面抵抗率 p sEよりも被吸着物の直近部の表 面抵抗率 P sSが小さいものは残留吸着力が発生せず、位置ずれなぐ被吸着物を 剥がすことができた。逆に、静電吸着電極の直近部の表面抵抗率 p sEよりも被吸着 物の直近部の表面抵抗率 P sSが大きいものは残留吸着力が発生して、被吸着物を 剥がす際に位置ずれが生じた。
[0030] また、 25°C (室温付近）、 300°C、 650°Cでの直流電圧 ± 500V印加時の吸着力が lOgZcm2以上の場合を吸着特性のょ 、ものとして、実施例の結果を図 4にまとめる 。絶縁層の静電吸着電極直近部の表面抵抗率 p sEと被吸着物直近部の表面抵抗 率 p sSとの比 sE/ p sS)が 100以下で、 ίo sEはl X 109 Ω /□以上、 p sSは 1 X 108 Ω /口以上の場合は、リーク電流異常や絶縁破壊は、発生せずに高い静電 吸着力を発生しているのに対して、それ以外の領域では絶縁破壊による破損、又は 吸着力が lOgZcm2より小さく十分な吸着性能が得られないものであった。
なお、図 4における評価基準は下記の通りである。
〇：吸着力 10g/cm2以上 △:吸着力 lOgZcm2未満 X：リーク電流大、絶縁破壊
Claims
[1] 支持基板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 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が形成された構 成の静電吸着機能を有するウェハ加熱装置において、前記静電吸着用電極を覆う 絶縁層が、静電吸着電極側部分の表面抵抗率 sE)より被吸着物側部分の表面 抵抗率 sS)が小さいものであることを特徴とする静電吸着機能を有するウェハ加 熱装置。
[2] 支持基板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 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が形成された構 成の静電吸着機能を有するウェハ加熱装置において、前記静電吸着用電極を覆う 絶縁層が、静電吸着電極側部分の表面抵抗率 sE)と被吸着物側部分の表面抵 抗率（ p sS)との比（ p sEZ P SS)が 100以下で、 p sE及び p sSはそれぞれ 1 X 108 Ω Ζ口以上であることを特徴とする静電吸着機能を有するウェハ加熱装置。
[3] 前記絶縁層は、窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化硼素と窒 化珪素の混合体、窒化硼素と窒化アルミニウムの混合体、イットリアのいずれか 1つ 以上からなり、 0. 001質量％以上 30質量％以下の範囲で抵抗調整材を含有させて 表面抵抗率を調整したことを特徴とする請求項 1又は 2記載の静電吸着機能を有す るウェハ加熱装置。
[4] 前記抵抗調整材が、硼素、珪素、炭素、アルミニウム、イットリウム、チタン、炭化硼 素のいずれか 1種以上であることを特徴とする請求項 3記載の静電吸着機能を有す るウェハ加熱装置。
[5] 前記支持基材が、窒化珪素焼結体、窒化硼素焼結体、窒化硼素と窒化アルミニゥ 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、熱分解窒化硼素、熱 分解窒化硼素コートグラフアイトのいずれかを主成分とすることを特徴とする請求項 1 〜4のいずれか 1項記載の静電吸着機能を有するウェハ加熱装置。
[6] 前記静電吸着用電極が、一対の双極構造となっており、櫛形又は同心円状に双極 電極が交互に形成されていることを特徴とする請求項 1〜5のいずれ力 1項記載の静 電吸着機能を有するウェハ加熱装置。
前記静電吸着用電極、発熱体、絶縁体層のうち少なくとも 1つが、化学気相蒸着法 によって形成されたものであることを特徴とする請求項 1〜6のいずれか 1項記載の静 電吸着機能を有するウェハ加熱装置。
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