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JP2915750B2 - 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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Publication number
JP2915750B2
JP2915750B2 JP15223293A JP15223293A JP2915750B2 JP 2915750 B2 JP2915750 B2 JP 2915750B2 JP 15223293 A JP15223293 A JP 15223293A JP 15223293 A JP15223293 A JP 15223293A JP 2915750 B2 JP2915750 B2 JP 2915750B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrostatic chuck
graphite
linear expansion
boron nitride
coefficient
Prior art date
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JP15223293A
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JPH07153824A (ja
Inventor
敦雄 川田
佐藤明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Chemical Co Ltd
Tokyo Electron Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Shin Etsu Chemical Co Ltd, Tokyo Electron Ltd filed Critical Shin Etsu Chemical Co Ltd
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

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
も提案されている(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なってそ
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セラミック
ス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、この静電チャ
ック付セラミックスヒーターは、基材に窒化ほう素焼結
体を使用しており、これが静電チャック用電極および発
熱層としての熱分解グラファイトと熱膨張率が異なるた
めに、昇降温をくり返しているうちに熱応力によって層
の剥離やクラックの発生が起るという問題点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題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あり、これはグラファイトからなる
基材上に、熱分解窒化ほう素からなる緩衝層を設け、そ
の上に熱分解グラファイトからなる静電チャック用電極
と熱分解グラファイトからなる発熱層を設け、さらにそ
の上に熱分解窒化ほう素からなる絶縁層を設けてなり、
該緩衝層の線膨張係数は、該基材と該電極および発熱層
の線膨張係数との間で徐々に変化させたものであり、か
つ基材に接する面ではこの線膨張係数に近似し、電極お
よび発熱層に接する面ではこれらの線膨張係数に近似さ
せたものであ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の問題点を解決する方法
について種々検討した結果、この基材をグラファイトか
らなるものとしてこの上に熱分解窒化ほう素からなる緩
衝体を設けたものとしたところ、この熱分解窒化ほう素
からなる緩衝体の線膨張係数α3 が、基材としてのグラ
ファイトの線膨張係数α1 (4.0 ×10-6/℃)と静電チ
ャック用電極および発熱層としての熱分解グラファイト
の線膨張係数α2 (1.2 ×10-6/℃)の中間値(α1
α3 >α2 )となり、この緩衝体が基材と静電チャック
用電極、発熱層の間の熱応力を緩和するようになるの
で、半導体プロセスにおいて昇降温をくり返してもここ
に剥離やクラック発生などの不具合が生じなくなること
を見出し、これによれば半導体製造装置維持費の低減、
メンテナンス時間の短縮が可能となり、半導体製造コス
トを削減できることを確認して本発明を完成させた。以
下にこれをさらに詳述する。
【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、これは前記したようにグラファイ
トからなる基材上に、熱分解窒化ほう素からなる緩衝体
を設け、その上に熱分解グラファイトからなる静電チャ
ック電極と発熱層を設け、さらにその上に熱分解窒化ほ
う素からなる絶縁層を設けてなることを特徴とするもの
であるが、このものは半導体プロセスに使用したときに
昇降温をくり返しても剥離やクラック発生などの不具合
が生じないので、半導体プロセスなどに有用とされると
いう有利性をもつものである。
【0007】本発明の静電チャック付セラミックスヒー
ターは、熱分解グラファイト薄膜を発熱体として使用す
るものであるが、これはグラファイトからなる基材の上
に熱分解窒化ほう素を緩衝体として設け、さらにこの上
に公知の方法で熱分解グラファイトからなる静電チャッ
ク用電極と発熱層および熱分解窒化ほう素からなる絶縁
層を設けたものとされる。
【0008】しかして、従来公知の静電チャック付セラ
ミックスヒーターでは、基材としての窒化ほう素焼結体
の線膨張係数α1 が-0.6×10-6/℃であり、静電チャッ
ク用電極および発熱層としての熱分解グラファイトの線
膨張係数α2 が 1.2×10-6/℃であることから、このも
のは半導体プロセスの熱処理における、例えば10-5Torr
の圧力下での 100〜 1,000℃の間の昇降温時をくり返し
ていると、30回位のくり返しで熱応力によって層が剥離
したり、クラックが発生するという事故が起っていた。
【0009】しかるに、本発明によってこのグラファイ
トからなる基材の上に、上記したように熱分解窒化ほう
素からなる緩衝体を設けると、この熱分解窒化ほう素か
らなる緩衝体の線膨張係数α3 が 2.6×10-6/℃であ
り、これが上記した基材としてのグラファイトの線膨張
係数α1 (4.0 ×10-6/℃)と、静電チャック用電極お
よび発熱層としての熱分解グラファイトの線膨張係数α
2 (1.2 ×10-6/℃)との中間値となるので、これを半
導体プロセスの熱処理工程における昇降温にくり返し使
用したときに発生する熱応力による層の剥離、クラック
の発生が緩和されて、このような不利が回避されるとい
う有利性が与えられる。また、熱分解窒化ほう素の線膨
張係数α3 は反応条件の操作により内側から外側に向っ
てα1 からα2 へと徐々に変化させることがより好まし
い。
【0010】なお、この場合における緩衝層を形成する
物質はその線膨張係数が基材の線膨張係数と静電チャッ
ク用電極および発熱層を形成する物質の線膨張係数との
中間値であるものとすればよいが、これは純度、絶縁性
および基材としてのグラファイト、静電チャック用電極
および発熱層としての熱分解グラファイトとの親和性の
面から、上記した熱分解窒化ほう素とすることが最も望
ましいものとされる。
【0011】
【実施例】つぎに本発明の実施例、比較例をあげる。 実施例 直径 200mmφ、厚さ5mmのグラファイトからなる円板上
の基材(線膨張係数 4.0×10-6/℃)を熱CVD反応装
置内に設置し、原料としてのアンモニアと三塩化ほう素
を反応温度 1,830℃、圧力10Torrで熱分解して、この基
材上に厚さ1mmの熱分解窒化ほう素からなる緩衝層を形
成させた。この緩衝層の線膨張係数は 2.5×10-6/℃で
あった。
【0012】ついで、これらの基材を熱CVD反応装置
内に設置し、反応温度 1,900℃、圧力5Torrでプロパン
ガスを熱分解し、生成した熱分解グラファイトを基材上
に厚さ50μmに堆積したのち、機械加工でこれを静電チ
ャック用電極とヒーター用発熱体に形成し、さらにこれ
を再度熱CVD反応装置内に設置し、反応温度 1,750
℃、圧力10Torrでアンモニアと三塩化ほう素を熱分解さ
せ、この上に熱分解窒化ほう素を 100μmの厚さに被覆
して絶縁層を形成させて、静電チャック付セラミックス
ヒーターを作製した。
【0013】つぎにこのようにして作った静電チャック
付セラミックスヒーターを装置に装着し、10-5Torr下で
100℃と 1,000℃との間で昇降温をくり返したが、これ
らにはそのいずれにもこの昇降温を 100回くり返しても
剥離、クラック発生などの異常は認められなかった。
【0014】直径 200mmφ、厚さ5mmのグラファイトか
らなる円板状の基材(線膨張係数 4.0×10-6/℃)を熱
CVD反応装置内に設置し、原料としてのアンモニアと
三塩化ほう素を反応温度 1,850℃から10℃/hrの勾配で
下げながら5時間反応させ、1,800℃まで下げ、圧力10T
orrで熱分解して、この基材上に厚さ1mmの熱分解窒化
ほう素からなる緩衝層を形成させた。この緩衝層の線膨
張係数はグラファイトに接する面で 3.9×10-6/℃であ
り、外側に向かって連続的に減少し、外面では1.3×10
-6/℃であった。ついで、以下実施例1と同様に10-5To
rr下で 100℃と 1,000℃との間で昇降温をくり返した
が、これにはこれを 100回くり返した後も剥離、クラッ
クなどの異常は認められなかった。
【0015】比較例 比較のために、窒化ほう素焼結体からなる基材を使用し
たほかは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成し、これについて実施例と同
じ試験を行なったところ、このものは昇降温を30回くり
返した時点で絶縁性被膜にクラックが発生した。
【0016】
【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グラ
ファイトからなる基材上に、熱分解窒化ほう素からなる
緩衝層を設け、その上に熱分解グラファイトからなる静
電チャック用電極と熱分解グラファイトからなる発熱層
を設け、さらにその上に熱分解窒化ほう素からなる絶縁
層を設けてなることを特徴とするものであるが、このも
のはグラファイトからなる基材の上に、熱分解窒化ほう
素からなる緩衝層を設けたもので、この熱分解窒化ほう
素からなる緩衝層の線膨張系数値がグラファイトからな
る基板の線膨張係数値と熱分解グラファイトからなる静
電チャック用電極、発熱層の線膨張係数値の中間になる
ので、これを半導体プロセスの熱処理に使用したときの
くり返しの昇降温により発生する熱応力が緩和され、こ
のものは数多くの昇降温のくり返しでも層が剥離した
り、クラックが発生するという不具合が解決されるとい
う有利性をもつものになる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/324 H01L 21/324 Q H02N 13/00 H02N 13/00 D (56)参考文献 特開 平5−129210(JP,A) 特開 平4−34953(JP,A) 特開 昭59−124140(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/68

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グラファイトからなる基材上に、熱分解
    窒化ほう素からなる緩衝層を設け、その上に熱分解グラ
    ファイトからなる静電チャック用電極と熱分解グラファ
    イトからなる発熱層を設け、さらにその上に熱分解窒化
    ほう素からなる絶縁層を設けてなり、該緩衝層の線膨張
    係数は、該基材と該電極および発熱層の線膨張係数との
    間で徐々に変化させたものであり、かつ基材に接する面
    ではこの線膨張係数に近似し、電極および発熱層に接す
    る面ではこれらの線膨張係数に近似させたものである
    とを特徴とする静電チャック付セラミックスヒーター。
JP15223293A 1993-06-23 1993-06-23 静電チャック付セラミックスヒーター Expired - Fee Related JP2915750B2 (ja)

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JP2016102232A (ja) * 2014-11-27 2016-06-02 信越化学工業株式会社 熱分解窒化ホウ素被覆基材およびその製造方法

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