JP2007019190A - Supporting device and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンモニア、水素、ハロゲンなどの腐食雰囲気において高温で用いられる装置に関し、たとえば基板、ライナー、エバポレータ、蒸発装置、加熱要素、ウエハ支持装置、静電チャック、サセプタその他の装置に関する。一実施形態において、この装置は、特にPBN(熱分解窒化ホウ素)を主体とする絶縁層を有するウエハなどの基板を支持するため、あるいは半導体、ガラス、サファイア、セラミックなどのウエハ処理工程において静電チャック、ヒータなどとして好適に用いられるウエハ支持装置として用いられる。もう一つの実施形態において、この装置はPG(熱分解黒鉛)を基板とする。第3の実施形態において、この装置はPBNまたはPGの化合物を基板とする。また、本発明はこのような装置の製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus used at a high temperature in a corrosive atmosphere such as ammonia, hydrogen, and halogen. For example, the present invention relates to a substrate, a liner, an evaporator, an evaporation apparatus, a heating element, a wafer support apparatus, an electrostatic chuck, a susceptor and other apparatuses. In one embodiment, this apparatus is particularly suitable for supporting a substrate such as a wafer having an insulating layer mainly composed of PBN (pyrolytic boron nitride) or in a wafer processing process such as semiconductor, glass, sapphire, and ceramic. It is used as a wafer support device that is suitably used as a chuck, a heater or the like. In another embodiment, the apparatus is based on PG (pyrolytic graphite). In the third embodiment, this apparatus uses a PBN or PG compound as a substrate. The invention also relates to a method for manufacturing such a device.
一例として、このような装置は、半導体、ガラス、サファイア、セラミックなどのウエハ処理工程においてウエハを固定するための静電チャックなどのウエハ支持装置として用いられている。静電チャックは、絶縁基材の表面に静電チャック電極を設けるとともに、必要に応じてその裏面にヒータ電極を設け、これらをPBNなどの絶縁層で被覆して構成されるが、PBNはハロゲンガスやハロゲンプラズマに対する耐食性がないことから、下記特許文献1では、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムなどを用いてスパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、CVD法等の成膜法により静電チャックの表面に、ハロゲンガスやハロゲンプラズマに対して耐食性を示す保護膜を形成することが提案されている。
ところが、上記特許文献1に示されるような従来の成膜法で窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムなどの耐食性保護膜を形成しようとしても、クラックや剥離を起こしてしまい、耐食性保護膜としての機能を持つコーティングを行うことが実際上きわめて困難であった。その原因を究明したところ、PBNは低膨張率の材料であるため、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムなどの保護膜形成材料との間の熱膨張率差によって、高温で形成された保護膜が室温に冷却されたときに強い引張り応力が残留し、これに起因して保護膜にクラックや剥離が生ずることが判明した。
However, even if an attempt is made to form a corrosion-resistant protective film such as aluminum nitride or aluminum oxynitride by the conventional film forming method as shown in
したがって、本発明が解決しようとする課題は、基材上にPBNを主体として形成された絶縁層を有する静電チャックなどの支持装置をハロゲン雰囲気やハロゲンプラズマ雰囲気などの腐食雰囲気でも使用可能なものとすることである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a support device such as an electrostatic chuck having an insulating layer formed mainly of PBN on a substrate can be used in a corrosive atmosphere such as a halogen atmosphere or a halogen plasma atmosphere. It is to do.
この課題を解決するための手段として、請求項1に係る本発明は、腐食環境において用いられる装置において、PBN、PGまたはこれらの化合物を主体とする絶縁層が基材上に被覆形成されると共に、該絶縁層を実質的に被覆する耐食性保護膜が形成され、該保護膜が280MPa以下の圧縮応力を持つことを特徴とする支持装置である。
As a means for solving this problem, the present invention according to
請求項2に係る本発明は、請求項1の装置において、保護膜が250MPa以下の圧縮応力を持つことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the apparatus of the first aspect, the protective film has a compressive stress of 250 MPa or less.
請求項3に係る本発明は、請求項1または請求項2の装置において、保護膜が窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムよりなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the apparatus of the first or second aspect, the protective film is made of aluminum nitride or aluminum oxynitride.
請求項4に係る本発明は、請求項1ないし請求項3の装置の製造方法であって、基材上にPBN、PGまたはこれらの化合物を主体とする絶縁層を形成した後、該絶縁層上に、反応性イオンプレーティング法により保護膜を成膜させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing the apparatus according to the first to third aspects, wherein an insulating layer mainly composed of PBN, PG, or a compound thereof is formed on a substrate, and then the insulating layer is formed. Further, a protective film is formed by a reactive ion plating method.
請求項5に係る本発明は、請求項4の製造方法において、反応性イオンプレーティング法による保護膜の成膜においてAr流量を5sccm以下とすることを特徴とする。
The present invention according to
本発明のウエハ支持装置は、PBNを主体として形成された絶縁層を有しながらも、その上にハロゲンガスやハロゲンプラズマに対する耐食性を示す窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムなどによる耐食性保護膜が形成されているので、ハロゲン雰囲気やハロゲンプラズマ雰囲気などの腐食雰囲気でも使用可能である。耐食性保護膜は、一実施形態においては100Å/分未満のエッチングレートによって示される耐食性を有し、他の実施形態においては50Å/分未満のエッチングレートによって示される耐食性を有し、さらに他の実施形態においては5Å/分未満のエッチングレートによって示される耐食性を有する。 The wafer support apparatus of the present invention has an insulating layer formed mainly of PBN, but has a corrosion-resistant protective film made of aluminum nitride, aluminum oxynitride or the like showing corrosion resistance against halogen gas or halogen plasma on the insulating layer. Therefore, it can be used in a corrosive atmosphere such as a halogen atmosphere or a halogen plasma atmosphere. The corrosion-resistant protective film has a corrosion resistance exhibited by an etch rate of less than 100 liters / minute in one embodiment, and has a corrosion resistance exhibited by an etch rate of less than 50 liters / minute in another embodiment. In form, it has corrosion resistance exhibited by an etch rate of less than 5 liters / minute.
また、本発明のウエハ支持装置の製造方法によれば、上述の構成のウエハ支持装置を製造するに際して、反応性イオンプレーティング法を採用すると共にそのAr流量を制御することにより、PBNまたはPGを主体とする絶縁層上または基材上にクラックや剥離のない耐食性保護膜を成膜させることができる。ここでクラックが生じないとは、10K倍率の光学顕微鏡または電子顕微鏡でクラックが観察されないことを意味している。クラックにはホール、パーフォレーション、微細孔、線状孔なども含むものとする。また、ここで剥離が生じないとは、絶縁層(または基材)に対する保護膜の接合強度が、その下の絶縁層自体の膜強度よりも大きいことを意味している。 Further, according to the method for manufacturing a wafer support device of the present invention, when manufacturing the wafer support device having the above-described configuration, the reactive ion plating method is adopted and the Ar flow rate is controlled, so that PBN or PG can be obtained. A corrosion-resistant protective film free from cracks or peeling can be formed on the main insulating layer or substrate. Here, that no crack is generated means that no crack is observed with an optical microscope or an electron microscope with a magnification of 10K. The crack includes holes, perforations, fine holes, linear holes, and the like. In addition, the fact that peeling does not occur here means that the bonding strength of the protective film to the insulating layer (or base material) is higher than the film strength of the insulating layer itself below.
図1を参照して、厚さ10mmの円盤状グラファイト板1の表面に熱CVD法により300μmのPBN絶縁層2を形成し、次に、同じく熱CVD法により50μmのPG層を両面に形成した後、静電チャック吸着面となる表面側のPG層を部分的に除去して所定パターンのチャック電極3とすると共に、裏面側のPG層についても部分的に除去して所定ヒートパターンを有するヒータ電極4を設けて、静電チャックヒータ用基板5を得た。
Referring to FIG. 1, a 300 μm
次いで、この基板5を、熱CVD炉内にて、三塩化ホウ素1モルに対してアンモニア3モル及びメタンガス2.4モルを0.5Torr、温度1850℃で反応させ、基板5の全面に厚さ100μmのカーボン添加PBNの絶縁層6を形成した。この絶縁層の電気抵抗率は2.8×1012Ω−cmであり、良好な静電吸着力を発揮するものであった。
Next, the
さらに、この静電チャックヒータをハロゲン雰囲気やハロゲンプラズマ雰囲気などの腐食雰囲気でも使用可能なものとするため、反応性イオンプレーティング法においてAr流量を変えながら(0sccm(=Arなし)、5sccm、10sccm及び15sccm)約400℃で窒素とアルミニウムを反応させることにより、ハロゲンガスやハロゲンプラズマに対する耐食性を持つ保護膜としてAlN保護膜7を形成して、静電チャックヒータ8を得た。また、950℃にて熱CVD法によるAlN成膜を行って比較例の静電チャックヒータとした。
Further, in order to make this electrostatic chuck heater usable in a corrosive atmosphere such as a halogen atmosphere or a halogen plasma atmosphere, while changing the Ar flow rate in the reactive ion plating method (0 sccm (= No Ar), 5 sccm, 10 sccm) And 15 sccm) by reacting nitrogen and aluminum at about 400 ° C., an AlN protective film 7 was formed as a protective film having corrosion resistance against halogen gas and halogen plasma, and an
図2(a)は比較例により成膜したAlN保護膜の表面SEM(走査型電子顕微鏡)像であり、図2(b)は反応性イオンプレーティング法においてAr流量を15sccmとして成膜したAlN保護膜の表面SEM(走査型電子顕微鏡)像であり、図2(c)はArを流さずに反応性イオンプレーティング法により成膜したAlN保護膜の表面SEM(走査型電子顕微鏡)像である。 FIG. 2A is a surface SEM (scanning electron microscope) image of the AlN protective film formed by the comparative example, and FIG. 2B is an AlN film formed by reactive ion plating with an Ar flow rate of 15 sccm. FIG. 2C is a surface SEM (scanning electron microscope) image of the AlN protective film formed by the reactive ion plating method without flowing Ar. is there.
図2(a)ではクラックが発生しており、熱CVDによるAlN成膜では実用に供し得ないものであることが確認された。 In FIG. 2 (a), cracks have occurred, and it has been confirmed that AlN film formation by thermal CVD cannot be put to practical use.
一方、反応性イオンプレーティング法によるAlN成膜を行った場合、Ar流量をゼロとした図2(c)ではクラックや剥離などのないAlN保護膜7が形成されたが、Ar流量を15sccmとした図2(b)ではクラックの発生は認められなかったものの膜全体に剥離が発生した。なお、図示しないが、反応性イオンプレーティング法においてAr流量を10sccmとした場合は図2(b)と略同様に保護膜の全体に亘って剥離が生じ、また、Ar流量を5sccmとした場合には保護膜のごく一部に剥離が生じたもののハロゲンガスやハロゲンプラズマに対してある程度の耐食性を発揮することが期待できるものであった。 On the other hand, when the AlN film was formed by the reactive ion plating method, the AlN protective film 7 without cracks or peeling was formed in FIG. 2C where the Ar flow rate was zero, but the Ar flow rate was 15 sccm. In FIG. 2B, no crack was observed, but peeling occurred on the entire film. Although not shown, in the reactive ion plating method, when the Ar flow rate is 10 sccm, peeling occurs over the entire protective film in the same manner as in FIG. 2B, and when the Ar flow rate is 5 sccm. Although a part of the protective film peeled off, it was expected to exhibit a certain degree of corrosion resistance against halogen gas or halogen plasma.
また、Si(100)上に0.5μmのAlN保護膜7を成膜した場合の応力は、ヤング率が130GPa、ポワソン比が0.28としてたわみ法で測定すると、Ar流量が0sccmのときが248MPa、Ar流量が5sccmのときが267MPa、Ar流量が10sccmのときが344MPa、Ar流量が15sccmのときが360MPaでいずれも圧縮応力であった。これらの関係を図3に示す。なお、熱CVD法により成膜したAlN保護膜は図2(a)に示すようにすべてのサンプルでクラックが発生したため、応力を測定できなかった。 In addition, when the AlN protective film 7 having a thickness of 0.5 μm is formed on Si (100), the stress is measured by a deflection method with a Young's modulus of 130 GPa and a Poisson's ratio of 0.28, and the Ar flow rate is 0 sccm. The compression stress was 248 MPa when the Ar flow rate was 5 sccm, 267 MPa when the Ar flow rate was 10 sccm, 344 MPa when the Ar flow rate was 15 sccm, and 360 MPa when the Ar flow rate was 15 sccm. These relationships are shown in FIG. In addition, since the AlN protective film formed by the thermal CVD method was cracked in all the samples as shown in FIG. 2A, the stress could not be measured.
これらの結果から、PBNを主体とする絶縁層6上にハロゲン耐食性保護膜としてのAlN膜7をクラックや剥離を生じさせずに成膜させるためには、反応性イオンプレーティング法を採用し且つAr流量を6sccm以下、好ましくは0sccmとして、280MPa以下の圧縮応力、好ましくは250MPa以下の圧縮応力を持つAlN膜7を成膜させることが必要であることが確認された。
From these results, in order to form the AlN film 7 as the halogen corrosion-resistant protective film on the insulating
なお、熱CVDによるAlN成膜の場合にクラックが発生したのは、PBNの線熱膨張率が保護膜となる窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウムなどの材料に比べて小さいため、高温で成膜を行う熱CVDによると、この熱膨張率の差によって保護膜に強い引張応力が残り、この引張応力が保護膜にクラックを発生させるものと推測される(図4(a)参照)。これに対し、反応性イオンプレーティング法によるときは、図3に示されるように圧縮応力を持つAlN膜が形成されるため、保護膜の破壊に起因するクラックが生じない(図4(b)参照)。 In the case of AlN film formation by thermal CVD, the crack occurred because the linear thermal expansion coefficient of PBN is smaller than that of a material such as aluminum nitride or aluminum oxynitride used as a protective film, so that film formation is performed at a high temperature. According to thermal CVD, a strong tensile stress remains in the protective film due to the difference in thermal expansion coefficient, and this tensile stress is assumed to cause cracks in the protective film (see FIG. 4A). On the other hand, when the reactive ion plating method is used, since an AlN film having a compressive stress is formed as shown in FIG. 3, no cracks are generated due to the destruction of the protective film (FIG. 4B). reference).
Ar流量をゼロにした反応性イオンプレーティング法により成膜したAlN保護膜7のハロゲン耐食性を確認するため、NF3プラズマ雰囲気中でエッチングテストを行うと共に、比較のために、PBN膜、シリコンウエハ及び焼結AlN膜についても同様の条件でエッチングテストを行った。この結果を示す図5から明らかなように、保護膜を形成せずにPBN膜が露出されている場合にはエッチングレートが10000Å/分ときわめて高いのに対し、AlN保護膜を形成することによりエッチングレートが大きく低下し、しかも、焼結により成膜したAlN膜のエッチングレート(33Å/分)に比べても反応性イオンプレーティング法により成膜したAlN膜のエッチングレートは4.8Å/分とさらに低く、きわめてエッチング耐性が高いことが確認された。 In order to confirm the halogen corrosion resistance of the AlN protective film 7 formed by the reactive ion plating method in which the Ar flow rate is zero, an etching test is performed in an NF3 plasma atmosphere, and for comparison, a PBN film, a silicon wafer, and An etching test was performed on the sintered AlN film under the same conditions. As is apparent from FIG. 5 showing this result, when the PBN film is exposed without forming the protective film, the etching rate is extremely high at 10,000 Å / min, while by forming the AlN protective film. The etching rate is greatly reduced, and the etching rate of the AlN film formed by the reactive ion plating method is 4.8 Å / min compared to the etching rate (33 Å / min) of the AlN film formed by sintering. It was confirmed that the etching resistance was extremely high and the etching resistance was extremely high.
1 グラファイト板
2 PBN絶縁層
3 チャック電極
4 ヒータ電極
5 静電チャックヒータ用基板
6 絶縁層
7 AlN保護膜(ハロゲン耐食性保護膜)
8 静電チャックヒータ
1
8 Electrostatic chuck heater
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---|---|---|---|
JP2005197995A JP2007019190A (en) | 2005-07-06 | 2005-07-06 | Supporting device and method of manufacturing same |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008211200A (en) * | 2007-01-31 | 2008-09-11 | Taiheiyo Cement Corp | Electrostatic chuck and method of heat-treating attracted object using the same |
WO2024161872A1 (en) * | 2023-02-03 | 2024-08-08 | 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ | Wafer support |
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2005
- 2005-07-06 JP JP2005197995A patent/JP2007019190A/en active Pending
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