JPH07297268A - 静電チャック付セラミックスヒーター - Google Patents

静電チャック付セラミックスヒーター

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JPH07297268A
JPH07297268A JP31641094A JP31641094A JPH07297268A JP H07297268 A JPH07297268 A JP H07297268A JP 31641094 A JP31641094 A JP 31641094A JP 31641094 A JP31641094 A JP 31641094A JP H07297268 A JPH07297268 A JP H07297268A
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electrostatic chuck
ceramic heater
coating layer
ceramics
boron nitride
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JP31641094A
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Atsuo Kawada
敦雄 川田
Toshihiko Shindo
敏彦 進藤
Takaaki Nagao
貴章 長尾
Kazuhiko Urano
和彦 浦野
Jiyunichi Arami
淳一 荒見
Kenji Ishikawa
賢治 石川
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Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N13/00—Clutches or holding devices using electrostatic attraction, e.g. using Johnson-Rahbek effect

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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Jigs For Machine Tools (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 本発明は半導体プロセスにおける昇降温工程
に使用される、温度分布の均一性のよい静電チャック付
セラミックスヒーターの提供を目的とするものである。 【構成】 本発明の静電チャック付セラミックスヒータ
ーは、電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の表面
に導電性セラミックスからなる静電チャック用電極を接
合すると共に、側面と裏面に導電性セラミックスからな
る発熱層を接合し、それらの上に電気絶縁性セラミック
スからなる被覆層を設けてなることを特徴とするもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は静電チャック付セラミッ
クスヒーター、特には半導体プロセスにおける昇降温工
程に使用される静電チャック付セラミックスヒーターに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】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、従来金属線を巻いたヒーターが使
用されていたが、これについては半導体ウエハへの金属
汚染の問題があるため、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ヒーターの使用が提案さ
れている（特開平4-124076号公報参照）。また、この半
導体ウエハの加熱に当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チャックが使用
されているが、プロセスの高温化に伴ってその材質が樹
脂からセラミックスに移行されており（特開昭52-67353
号公報、特開昭59-124140 号公報参照）、また最近では
これらのセラミックスヒーターと静電チャックを合体し
た静電チャック付セラミックスヒーターも提案されてい
る（特開平5-109876号公報、特開平5-129210号公報参
照）。またこの静電チャック付セラミックスヒーター
は、基本的に異種類のセラミックスを接合した構造であ
るため、これらの熱膨張率の違いにより反りが発生し、
チャック力が損なわれるので、厚い基材を用いて反りを
防止した静電チャック付セラミックスヒーターも提案さ
れている（特開平4-358074号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この厚い基材
を用いた静電チャック付セラミックスヒーターは、基材
側面から逃げる熱量が大きいので中心から側部への熱流
が発生し側部付近の温度が低下し均一な温度分布が得ら
れず、これによって製造されるデバイスの歩留りが低く
なるという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、欠点を解決した静電チャック付セラミックスヒータ
ーに関するもので、これは電気絶縁性セラミックスから
なる支持基材の表面に導電性セラミックスからなる静電
チャック用電極を接合すると共に、側面と裏面に導電性
セラミックスからなる発熱層を接合し、それらの上に電
気絶縁性セラミックスからなる被覆層を設けてなること
を特徴とするもの、またこれは該被覆層上に拡散防止層
が接合されてなることを特徴とするものである。
【０００５】すなわち、本発明者らは従来公知の静電チ
ャック付セラミックスヒーターにおける温度不均一を改
善する方法について種々検討した結果、これについては
電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の表面に導電
性セラミックスからなる静電チャック用電極を接合する
と共に、側面と裏面に導電性セラミックスからなる発熱
層を接合し、それらの上に電気絶縁性セラミックスから
なる被覆層を設けたものとすれば、この中心から側面へ
の熱流が起らなくなるということを見出し、これによれ
ばこの中心から側面への熱流が起らなくなるのでこの静
電チャック付セラミックスヒーターが温度分布の均一性
のよいものになるということを確認し、このものを半導
体プロセスに使用するときの電気絶縁性セラミックス部
材、導電性セラミックスの種類などについての研究を進
めて本発明を完成させた。
【０００６】
【作用】本発明は静電チャック付セラミックスヒーター
に関するものであり、これは図１に示したように電気絶
縁性セラミックスからなる支持基材の表面に導電性セラ
ミックスからなる静電チャック用電極を接合すると共
に、側面と裏面に導電性セラミックスからなる発熱層を
接合し、それらの上に電気絶縁性セラミックスからなる
被覆層を設けたことを特徴とするものであるが、これに
よればこの中心から側面への熱流が起らなくなるのでこ
の静電チャック付セラミックスヒーターは温度分布の均
一性がよいという有利性が与えられる。
【０００７】従来の静電チャック付セラミックスヒータ
ーは、電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の表面
に導電性セラミックスからなる静電チャック用電極を接
合すると共に、裏面に導電性セラミックスからなる発熱
層を接合し、それらの上に電気絶縁性セラミックスから
なる被覆層を設けてなるものであり、この構成は公知の
ものであるが、しかし、この公知の静電チャック付セラ
ミックスヒーターでは基材側面から逃げる熱量が大きい
ので中心から側部への熱流が発生し側部付近の温度が低
下し均一な温度分布が得られず、これによって製造され
るデバイスの歩留りが低くなるという重大な欠点があ
る。
【０００８】しかるに本発明にしたがって、図１のよう
にこの支持基材の側面にも発熱層を設けるようにする
と、この基材の中心から側面への熱流を打ち消すように
側面から中心への熱流が発生するために、これによれば
この静電チャック付セラミックスヒーターでは側部付近
の温度の低下がなくなり、したがってこの静電チャック
付セラミックスヒーターは温度分布が均一になり、これ
によって製造されるデバイスの歩留りが高くなるという
有利性が与えられる。
【０００９】本発明の静電チャック付セラミックスヒー
ターは上記したように支持基材、静電チャック用電極、
発熱層および被覆層からなるものとされる。この支持基
材は電気絶縁性セラミックスからなるものとされるが、
本発明の静電チャック付セラミックスヒーターが特に半
導体プロセスへの使用を目的とするものであり、この半
導体プロセスにはＳｉ半導体のみではなく III−Ｖ族化
合物半導体も含まれることから、これはそれとは同族元
素で構成される窒化硼素、窒化硼素と窒化アルミニウム
の混合物、窒化珪素からなるものとすることがよいが、
この窒化硼素は公知の方法で焼結させて得たものとして
も、また例えばアンモニアと三塩化硼素とを 1,600〜
1,800℃、100Torr の条件下で反応させて得た化学気相
蒸着法によるものとすればよい。
【００１０】この窒化硼素と窒化アルミニウムの混合物
は公知の方法で焼結させて得たものとすればよく、この
窒化珪素は公知の方法で焼結させて得たものとしても、
また例えばアンモニアと四塩化珪素とを 1,400〜 1,500
℃、５Torrの条件下で反応させて得た化学気相蒸着法に
よるものとすればよい。なお、この支持基材に窒化硼素
と窒化アルミニウムの混合物を用いる場合、これらの材
料には線膨張係数が方向によって異なるという異方性が
あるため、この上に接合される静電チャック用電極およ
び発熱層の線膨張係数と支持基材の線膨張係数との差が
面によって違い、この差が大きい面では接合部に剥離が
発生しやすくなるので、支持基材は［線膨張係数最大値
／線膨張係数最小値］で表される熱膨張の異方性が３以
下の窒化硼素または窒化硼素と窒化アルミニウムの混合
物とするのが好ましい。
【００１１】このような熱膨張の異方性が３以下の窒化
硼素または窒化硼素と窒化アルミニウムの混合物は公知
の方法で得たものとすればよく、例えば窒化硼素と窒化
アルミニウムの混合粉末を等方静水圧加熱法によって温
度 1,900℃、圧力200kgf/cm2の条件下で焼結させて得た
ものとすればよい。また、ここに使用される静電チャッ
ク用電極および発熱層は導電性セラミックスからなるも
のとされるが、これは支持基材としての窒化硼素などと
線膨張係数が近く付着性が比較的よいということから、
熱分解グラファイトからなるものとすればよく、このも
のは例えばメタンガスを 1,900〜 2,200℃、５Torrとい
う条件下で熱分解することによって得られたものとすれ
ばよいが、これはメチルトリクロロシランなどの有機珪
素化合物を 1,250℃、３Torrの条件下で反応させて得た
化学気相蒸着法による炭化珪素としてもよい。
【００１２】また、ここに使用される被覆層は電気絶縁
性セラミックスからなるものとされるが、これは支持基
材と同じものとしてよく、したがってこれが窒化硼素、
窒化硼素と窒化アルミニウムの混合物、窒化珪素である
ときには支持基材と同じ方法で作られたものとすればよ
いが、純度の面から好ましくは化学気相蒸着法によるも
のとすればよい。このようにして電気絶縁性セラミック
スからなる支持基材の表面に導電性セラミックスからな
る静電チャック用電極を接合し、かつ側面と裏面に導電
性セラミックスからなる発熱層を接合し、それらの上に
電気絶縁性セラミックスからなる被覆層を設けた本発明
の静電チャック付セラミックスヒーターは、この支持基
材の側面に設けられた発熱層により、基材の中心から側
面への熱流を打ち消すように側面から中心への熱流が発
生するために、側部付近の温度の低下がなく、したがっ
てこの静電チャック付セラミックスヒーターでは均一な
温度分布が得られる。
【００１３】なお、本発明の静電チャック付セラミック
スヒーターはこの被覆層を窒化硼素または窒化硼素と窒
化アルミニウムの混合物からなるものとすると III−Ｖ
族化合物半導体と同族化合物であるので化合物半導体へ
のIV族元素による汚染は起らないし、窒化珪素からなる
ものとするとＳｉ半導体への III族元素による汚染が起
こらない。また、プロセスによっては静電チャックのリ
ーク電流によるデバイスの破壊が問題となるため、この
被覆層に窒化硼素のもつ高い絶縁抵抗が必要となる場合
がある。しかし、この被覆層を窒化硼素からなるものと
したときに、特に高温プロセスにおいてこの被覆層中の
硼素の拡散によるシリコン半導体の汚染が発生する場合
があるが、この被覆層の上に酸化珪素または窒化珪素な
どの拡散防止層を設けることによりこの汚染を防止する
ことができる。また、この窒化硼素、窒化珪素、グラフ
ァイトおよび炭化珪素を化学気相蒸着法でつくられたも
のすると、焼結法で製造されたものに比べてバインダー
などの不純物が含まれていない高純度のものであるの
で、これは半導体プロセスに使用しても不純物によって
汚染される恐れはないという有利性が与えられる。
【００１４】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例１、比較例１ アンモニアと三塩化硼素とを 1,800℃、100Torr の条件
下で反応させて直径 160mm、厚さ10mmの熱分解窒化硼素
製円板を作ったのち、この上でメタンガスを 2,200℃、
５Torrの条件下で熱分解してこの上に厚さ40μｍの熱分
解グラファイト層を形成し、表面に電極パターン、側面
と裏面にヒーターパターンを加工してそれぞれ静電チャ
ック用電極、発熱層とした。
【００１５】ついで、この上でアンモニアと三塩化硼素
とを 2,000℃、10Torrの条件下で反応させて、この上に
厚さ 100μｍの熱分解窒化硼素被覆層を設けて静電チャ
ック付セラミックスヒーターを作り、このものを 1,000
℃まで昇温したところ、このものは中心部と周辺部の温
度差が３℃であり、温度の均一性は良好であった。しか
し、比較のためにこの支持基材の側部に発熱層がないも
のとしたほかはこの実施例と同じように処理して静電チ
ャック付セラミックスヒーターを作り、これについて同
様の試験を行ったところ、このものは中心部と周辺部の
温度差が15℃であり、温度の均一性は悪かった。
【００１６】実施例２、比較例２ アンモニアと四塩化珪素とを 1,400℃、５Torrの条件下
で反応させて直径 160mm、厚さ10mmの化学気相蒸着法に
よる窒化珪素製円板を作ったのち、この上でメチルトリ
クロロシランを 1,250℃、３Torrの条件下で熱分解して
この上に厚さ 100μｍの化学気相蒸着法による炭化珪素
層を形成し、表面に電極パターン、側面と裏面にヒータ
ーパターンを加工してそれぞれ静電チャック用電極、発
熱層とした。
【００１７】ついで、この上でアンモニアと四塩化珪素
とを 1,400℃、５Torrの条件下で反応させて、この上に
厚さ 150μｍの化学気相蒸着法による窒化珪素被覆層を
設けて静電チャック付セラミックスヒーターを作り、こ
のものを 800℃まで昇温したが、このものは中心部と周
辺部の温度差が２℃であり温度の均一性は良好であっ
た。しかし、比較のためにこの支持基材の側部に発熱層
がないものとしたほかはこの実施例と同じように処理し
て静電チャック付セラミックスヒーターを作り、これに
ついて同様の試験を行ったところ、このものは中心部と
周辺部の温度差が13℃であり、温度の均一性は悪かっ
た。
【００１８】実施例３、比較例３ アンモニアと四塩化珪素とを 1,400℃、５Torrの条件下
で反応させて直径 160mm、厚さ10mmの化学気相蒸着法に
よる窒化珪素製円板を作ったのち、この上でメタンガス
を 2,200℃、５Torrの条件下で熱分解してこの上に厚さ
60μｍの熱分解グラファイト層を形成し、表面に電極パ
ターン、側面と裏面にヒーターパターンを加工してそれ
ぞれ静電チャック用電極、発熱層とした。
【００１９】ついで、この上でアンモニアと四塩化珪素
とを 1,400℃、５Torrの条件下で反応させて、この上に
厚さ 100μｍの化学気相蒸着法による窒化珪素被覆層を
設けて静電チャック付セラミックスヒーターを作り、こ
のものを 800℃まで昇温したところ、このものは中心部
と周辺部の温度差が３℃であり、温度の均一性は良好で
あった。しかし、比較のためにこの支持基材の側部に発
熱層がないものとしたほかはこの実施例と同じように処
理して静電チャック付セラミックスヒーターを作り、こ
れについて同様の試験を行ったところ、このものは中心
部と周辺部の温度差が18℃であり、温度の均一性は悪か
った。
【００２０】実施例４、比較例４ 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
混合したのち、 1,900℃、200kgf/cm2の条件下で焼結
し、直径 200mm、厚さ30mm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。なお、このもの
の熱膨張の異方性を［線膨張係数最大値／線膨張係数最
小値］により測定したところその異方性は2.9であっ
た。ついで、この上でメタンガスを 2,200℃、５Torrの
条件下で熱分解してこの上に厚さ 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、側面と裏面
にヒーターパターンを加工してそれぞれ静電チャック用
電極、発熱層とした。さらにこの上でアンモニアと三塩
化硼素とを 1,800℃、５Torrの条件下で反応させて、こ
の上に厚さ 200μｍの熱分解窒化硼素被覆層を設けて静
電チャック付セラミックスヒーターを作り、このものを
800℃まで昇温したところ、このものは中心部と周辺部
の温度差が１℃であり、温度の均一性は良好であった。
【００２１】しかし、比較のためにこの支持基材の側部
に発熱層がないものとしたほかはこの実施例と同じよう
に処理して静電チャック付セラミックスヒーターを作
り、これについて同様の試験を行ったところ、このもの
は中心部と周辺部の温度差が14℃であり、温度の均一性
は悪かった。
【００２２】
【発明の効果】本発明は静電チャック付セラミックスヒ
ーターに関するものであり、これは前記したように電気
絶縁性セラミックスからなる支持基材の表面に導電性セ
ラミックスからなる静電チャック用電極を接合すると共
に、側面と裏面に導電性セラミックスからなる発熱層を
接合し、それらの上に電気絶縁性セラミックスからなる
被覆層を設けてなることを特徴とするものであるが、こ
のものは電気絶縁性セラミックスからなる支持基材の表
面に導電性セラミックスからなる静電チャック用電極を
接合すると共に、側面と裏面に導電性セラミックスから
なる発熱層を接合し、それらの上に電気絶縁性セラミッ
クスからなる被覆層を設けたものなので、支持基材の中
心から側面への熱流が起らなくなることから、この静電
チャック付セラミックスヒーターは側部付近の温度の低
下がなく、したがってこの静電チャック付セラミックス
ヒーターは温度分布が均一になり、これによって製造さ
れるデバイスの歩留りが高くなるという有利性が与えら
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャック付セラミックスヒーター
の一例の縦断面図を示したものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 41/89 Ｚ Ｈ０１Ｌ 21/265 21/027 21/324 Ｍ Ｈ０２Ｎ 13/00 Ｄ Ｈ０５Ｂ 3/14 Ｃ 7512−3Ｋ (72)発明者 長尾 貴章 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 浦野 和彦 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内 (72)発明者 荒見 淳一 東京都港区赤坂５丁目３番６号 東京エレ クトロン株式会社内 (72)発明者 石川 賢治 東京都港区赤坂５丁目３番６号 東京エレ クトロン株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気絶縁性セラミックスからなる支持基
    材の表面に導電性セラミックスからなる静電チャック用
    電極を接合すると共に、側面と裏面に導電性セラミック
    スからなる発熱層を接合し、それらの上に電気絶縁性セ
    ラミックスからなる被覆層を設けてなることを特徴とす
    る静電チャック付セラミックスヒーター。
  2. 【請求項２】 該支持基材と該被覆層が窒化硼素、窒化
    硼素と窒化アルミニウムの混合物または窒化珪素であ
    り、該静電チャック用電極および該発熱層がグラファイ
    トまたは炭化珪素である請求項１記載の静電チャック付
    セラミックスヒーター。
  3. 【請求項３】 該支持基材が［線膨張係数最大値／線膨
    張係数最小値］で表される熱膨張の異方性が３以下の窒
    化硼素または窒化硼素と窒化アルミニウムの混合物であ
    る請求項２記載の静電チャック付セラミックスヒータ
    ー。
  4. 【請求項４】 該静電チャック用電極、該発熱層および
    該被覆層が化学気相蒸着法で製造される請求項２記載の
    静電チャック付セラミックスヒーター。
  5. 【請求項５】 該被覆層上に拡散防止層が接合されてな
    る請求項１〜３のいずれかに記載の静電チャック付セラ
    ミックスヒーター。
  6. 【請求項６】 該拡散防止層が酸化珪素または窒化珪素
    である請求項５記載の静電チャック付セラミックスヒー
    ター。
JP31641094A 1993-12-27 1994-12-20 静電チャック付セラミックスヒーター Pending JPH07297268A (ja)

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JP31641094A JPH07297268A (ja) 1993-12-27 1994-12-20 静電チャック付セラミックスヒーター
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TW084100388A TW289147B (ja) 1993-12-27 1995-01-17

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JP5-330962 1993-12-27
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