JP2003515257A - 化学蒸着により窒化アルミニウムで被覆した部材 - Google Patents

化学蒸着により窒化アルミニウムで被覆した部材

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マイケル， エイチ．， シニア ギルバート，
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Abstract

(57)【要約】 ここに公開する化学蒸着（ＣＶＤ）窒化アルミニウムで被覆した部材は、加熱部材、ウエハキャリヤ又は静電気チャックとして使用される。該部材は、窒化アルミミウム又は窒化ホウ素からなる基板（１０）を有し、さらに、抵抗加熱（１２、２８）又は電磁チャック（３０）或いはそれら両方として１つ以上の黒鉛要素（１２）を有する。基板（１０）とＣＶＤ窒化アルミニウム膜（１６）の間に熱分解窒化ホウ素の層（１４）を挿入することができ、該窒化ホウ素層は１つ以上の黒鉛要素（１２）を含んでも含まなくてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して化学蒸着により窒化アルミニウムで被覆した部材に関し、さ
らに詳細には、そのように被覆した加熱装置、ウエハキャリヤ及び静電気チャッ
クに関する。
【０００２】
【発明の背景】
コンピュータ集積回路（コンピュータチップ）の製造には、多くの物質層の蒸
着及び選択的除去が必要である。シリコンウエハにこれら薄膜を形成する装置に
は様々な構成要素が使用され、それら構成要素には加熱要素、静電気チャック及
びウエハキャリヤが含まれる。 ウエハの被覆工程において、ウエハ或いはチップに被覆される物質は蒸着チャ
ンバ内の装置、例えば加熱装置などにも蒸着する。このため定期的な洗浄が必要
で、この洗浄には一般に高エネルギーガスプラズマが使用される。最も攻撃的な
プラズマは、ＮＦ３等のフッ素系ガスを使用したものである。この処理により生
成されるフッ化プラズマはチャンバを洗浄するが、一方で装置の構成要素に化学
的な破壊作用を及ぼす。この侵食により構成要素及び装置の寿命が制限される。
適当な耐性を持つ被覆を使用することにより、構成要素及び装置の耐用年数を延
ばすことが望まれる。
【０００３】
【発明の概要】
本発明により提供される被覆した部材は、加熱要素や静電気チャックやウエハ
キャリヤなどとして使用される。該部材は基板及び黒鉛要素からなる本体と、化
学蒸着による窒化アルミニウムの外膜を有する。外膜は例えばフッ化プラズマな
どの化学的侵食から部材を保護する。
【０００４】
【発明の好適な実施例】
以下の説明で、好適な範囲として例えば５から２５が指定された場合、その範
囲は、下限と上限がそれぞれ単独で、好ましくは少なくとも５であることと、好
ましくは２５未満であることを意味する。本明細書中及び請求の範囲で使用され
ているように、「隣接する」という語は、２つの層又は物体の間に挿入された層
が存在する場合に、直接接しているという意味と、近くにあるという意味の両方
を含んでいる。後者の場合が図３で示されている。ここで窒化アルミニウムの外
部層１６は熱分解窒化ホウ素からなる基板１０及び熱分解黒鉛からなる抵抗体１
２に隣接しており、熱分解窒化ホウ素の層１４が基板１０と外部層１６の間に挿
入されている。
【０００５】 本発明は被覆した部材に関する。該被覆した部材は加熱部材や静電気チャック
やウエハキャリヤや類似の部材として使用される。いずれの場合も、部材は基板
及び黒鉛要素を含む本体と、それに隣接して化学蒸着による窒化アルミニウムの
被膜を有する。
【０００６】 図１は、オハイオ州クリーブランドのアドバンスト セラミクス コーポレー
ション（Advanced Ceramics Corporation）がＢｏｒａｌｅｃｔｒｉｃという商
品名で提供している、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）からなる、当該技術分野にお
いて公知の抵抗加熱部材を示している。加熱部材は抵抗体８及び１対の接続柱１
１を有し、例えば、表層を化学蒸着する間シリコンウエハを加熱するために使用
される。接続柱はそれらの基部の電源から抵抗体へ電気を伝える役割を果たす。
このＰＢＮ加熱部材及びその構造と使用については、米国特許第５３４３０２２
号に詳細に記載されており、参照によりその内容を本明細書に包含する。
【０００７】 加熱部材の抵抗体８は図２でより詳細に示されている。図示された抵抗体８は
、約０．０２−０．１２インチ、さらに好適には約０．０５インチの厚さを持つ
ＰＢＮ基板１０と、該基板上に約０．００１−０．００６インチ、さらに好適に
は約０．００２−０．００３インチの厚さを持つ導電性の湾曲した熱分解黒鉛（
ＰＧ）要素１２とを有している。加熱器内の熱分解黒鉛要素は、熱分解黒鉛から
なる抵抗要素であるか、公知の典型的な抵抗を有する加熱部材である。ＰＧ抵抗
要素は化学蒸着（ＣＶＤ）によって提供され、通常機械加工により所望の形状（
湾曲）に形成される。基板及び抵抗要素は抵抗体の本体を形成する。本体のほぼ
全体は、加熱装置全体に実行されたＣＶＤにより供給された約０．００５−０．
０４インチ、さらに好適には約０．０１−０．０２インチの厚さを持つ均質な保
護ＰＢＮ膜１４で覆われている。該ＰＢＮ膜１４は酸化に対する耐性があり、電
気絶縁性と化学的及び機械的な保護とを供給し、さらに炭素による汚染の可能性
を最小化する。これについて、米国特許第５８８２７３０号及び同第５７０２７
６４号を参照し、参照によりその内容を本明細書に包含する。
【０００８】 図３は、図１及び２で示したＰＢＮ加熱部材を、化学蒸着による窒化アルミニ
ウム（ＣＶＤ−ＡｌＮ）の保護外膜１６で被覆したものを図解している。図３に
示すように、本体は基板１０及びＰＧ要素１２を有している。該本体はＰＢＮ層
及びＣＶＤ−ＡｌＮで被覆されている。部材の外表面の全体又はほぼ全体は、最
も外側にあるＣＶＤ−ＡｌＮの被膜で覆われている。
【０００９】 本発明による部材をシリコンウエハの加工に使用する。この加工工程には化学
蒸着によるウエハ表面の物質層生成が含まれるので、該部材もまた加工中に同物
質で被覆されることになり、定期的な洗浄の必要性が生じる。通常ウエハ表面の
物質層生成が部材に損傷を与えることはない。しかしながら、ＮＦ３プラズマな
どの強い洗浄成分がこれら部材の洗浄にしばしば使用される。この洗浄は、典型
的には３０−４０工程時間、つまり３０−４０時間ウエハ加工を行った後行われ
る。このとき部材には、一般に１−２洗浄時間又はそれ未満のプラズマ洗浄を施
す。ＰＢＮでのみ被覆されている部材は、一般にＮＦ３プラズマに５０−１００
洗浄時間曝すことにより損傷を受け、取替えが必要になる。ＣＶＤ−ＡｌＮ被膜
はＰＢＮ被膜に比べＮＦ３プラズマの破壊作用に非常に強い耐性を有しており、
試験的にＮＦ３プラズマを使用して１２−２４時間洗浄を行った後、所見できる
損傷はなかった。本発明による部材は好適には、少なくとも１０、２５、５０、
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、
１０００、１５００、２０００、３０００及び４０００時間にわたる洗浄時間、
つまりＮＦ３プラズマによる破壊作用を受ける時間を経ても、有効に耐久する、
すなわち、部材を保護された状態に保ち、該被覆した部材を取り替える必要が生
じないほど、十分なＣＶＤ−ＡｌＮの被膜を有する。これを達成するために、Ｃ
ＶＤ−ＡｌＮ外膜１６は好適には１０−１００ミクロン、さらに好適には３０−
８０ミクロン、最適には５０−６０ミクロンの厚さである。
【００１０】 ＣＶＤ−ＡｌＮ被膜の生成工程は公知である。例えば米国特許第４９５０５５
８号、同第５６７２４２０号、同第４２３９８１９号、同第５１７８９１１号、
同第４１７２７５４号及び同第５３５６６０８号を参照し、これら特許の記載内
容を参照により本明細書に包含する。図４はＡｌＣｌ３及びＮＨ３を使用したＣ
ＶＤ−ＡｌＮ工程を図解している。概略すると、蒸着工程は蒸着チャンバ５２と
接続する塩素処理チャンバ４４を有する反応器４０内で行われる。蒸着チャンバ
は真空チャンバ５４内に配設され、該真空チャンバ５４は１つ以上の真空ポンプ
に接続している。処理を開始する前に、被覆基板５８を蒸着チャンバ内に配置し
、塩素処理チャンバ４４にアルミニウム粒子４８の床を敷き、その後真空チャン
バ及び蒸着チャンバを排気しておく。
【００１１】 処理工程ではまず、抵抗加熱要素４６により塩素処理チャンバを２００度から
４００度の間に加熱する。塩素（Ｃｌ２）及び窒素（Ｎ２）ガスを、パイプ４２
を介して塩素処理チャンバに導入する。この温度において、アルミニウムと塩素
が反応し、塩化アルミニウムガスを生成する： ３ Ｃｌ２ ＋ ２ Ａｌ ――＞ ２ ＡｌＣｌ３
【００１２】 次に塩化アルミニウムが蒸着チャンバ５２に進む。該蒸着チャンバは工程前の
処理により排気されており、内圧は約１−１０トル、好ましくは約２トルという
低圧になっている。アンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を入口５０から蒸着
チャンバに注入する。抵抗加熱器５６により、温度を７００度から８００度の間
、好ましくは７５０度に維持する。その後、塩化アルミニウムとアンモニアを反
応させて生成したＡｌＮで被覆基板５８を被覆する： ＡｌＣｌ３ ＋ ＮＨ３ ――＞ ＡｌＮ ＋ ３ ＨＣｌ
【００１３】 被膜は１時間に約１０−２０マイクロメータの割合で被覆部材５８上に堆積す
る。化学蒸着による窒化アルミニウムの被膜は焼結やホットプレスによる被膜よ
りも、濃度及び純度で優れ、また本質的に均一な厚さを有している。上述の方法
で作られた被膜は窒化アルミニウムの理論的結晶質濃度の８５−９０％の濃度を
有している（理論的ＡｌＮ結晶質濃度＝３．２６ｇ／ｃｃ）。蒸着チャンバをさ
らに高温の９００度にして生成した被膜の濃度はさらに高く、理論的結晶質濃度
の９７−１００％となる。他の技術及び材料を使用した他のＣＶＤ−ＡｌＮ被膜
工程も、当該技術分野において公知であり、それらすべてを参照により本明細書
に包含する。
【００１４】 本発明による別の実施例では、被膜１６を排除し且つＰＢＮ膜１４をＣＶＤ−
ＡｌＮ膜１８に代えて、図３の加熱装置を使用することができ、この実施例を図
５に示す。ＣＶＤ−ＡｌＮ膜１８の厚さは、好適には約１０−１００マイクロメ
ータ、さらに好適には約３０−８０マイクロメータ、最適には約５０−６０マイ
クロメータであり、また約５−５０マイクロメータでもよい。
【００１５】 図３及び５は従来のＰＢＮ基板１０の使用例を示す。代替案として、図３及び
５のＰＢＮ基板１０の代わりに、（１）ＰＢＮで被覆した黒鉛プレート（黒鉛プ
レートの厚さは約０．１０−０．７５インチか又は０．１２−０．５０インチ、
及びＰＢＮ膜の厚さは約０．００５−０．０３５インチ、さらに好適には約０．
０１５−０．０２０インチ）、（２）厚さ０．１０−０．７５インチ、さらに好
適には約０．２５−０．５０インチのホットプレスによる窒化ホウ素（ＢＮ）プ
レート、又は（３）ＰＢＮで被覆したホットプレスによるＢＮプレート（ホット
プレスによるＢＮプレートの厚さは約０．１０−０．７５インチ、さらに好適に
は約０．２５−０．５０インチ、及びＰＢＮ膜の厚さは約０．００５−０．０３
５インチ、さらに好適には約０．０１−０．０２インチ）を使用することもでき
る。
【００１６】 図６は図３及び５の加熱要素に類似した加熱要素を示しているが、それは別の
物質からできている。図６の加熱装置は、ホットプレス、鋳造又はその他の従来
技術により形成された、約０．０５−０．５インチ、さらに好適には約０．１−
０．２インチの厚さを持つＡｌＮバルク基板２０を有している。加熱装置はまた
、ＣＶＤによる約０．００１−０．００６インチ、さらに好適には約０．００２
−０．００３インチの厚さを持ち、ＰＧ抵抗要素１２に類似の熱分解黒鉛抵抗要
素２２を有し、さらに厚さ約１０−１００マイクロメータ、さらに好適には約３
０−８０マイクロメータ、最適には約５０−６０マイクロメータのＣＶＤ−Ａｌ
Ｎ外膜２４を有する。或いは、図６は、厚さ約０．０５−０．５インチ、さらに
好適には約０．１−０．２インチの同様のＡｌＮバルク基板２０と、厚さ約０．
００１−０．００６インチ、さらに好適には０．約００２−０．００３インチの
１つ以上のＣＶＤ熱分解黒鉛静電気チャック電極２２と、約１０−１００マイク
ロメータ、さらに好適には約３０−８０マイクロメータ、最適には約５０−６０
マイクロメータのＣＶＤ−ＡｌＮ外膜２４とを有する静電気チャックでもよい。
静電気チャックの構造設計及びその操作に関しては、米国特許第５５９１２６９
号、同第５５６６０４３号、同第５６６３８６５号、同第５６０６４８４号、同
第５１５５６５２号、同第５６６５２６０号、同第５９０９３５５号及び同第５
６９３５８１号を参照し、それらの内容を参照により本明細書に包含する。
【００１７】 随意で、図６の加熱要素及び図６の静電気チャックを１つの装置に結合するこ
とができる。図７はそのような結合装置を図解したものであり、ＡｌＮバルク基
板２０と同じ物質からなり同じ厚さを持つ支持基板２６と、前記抵抗要素２２と
同じ材料からなり同じ厚さを持つ発熱層２８と、前述で静電気チャック要素又は
電極として設定された熱分解黒鉛導体又は静電気チャック電極２２と同じ物質か
らなり同じ厚さを持つ静電気チャックのための電極３０と、ＣＶＤ−ＡｌＮ外膜
２４と同じ材料からなり同じ厚さを持つ被覆層３２を示している。
【００１８】 随意で、図３、５又は６に示した加熱要素、図６に示した静電気チャック又は
図７に示した加熱要素と静電気チャックの結合装置を、処理工程においてウエハ
をある位置から別の位置へ移動するためのウエハキャリヤとして使用することが
できる。この場合、図解した実施例のいずれもが、アーム（図示しない）を有し
、加熱器又はチャック又は過熱器／チャックを所望の位置へ搬送する手段をさら
に有する。図に示したウエハキャリヤの部分（被覆した本体）は、チップ及びウ
エハを別の位置に搬送する際に、へらの平らな部分に類似した機能を担う。加熱
要素を内蔵するウエハキャリヤは、ウエハを所望の温度に予熱すること又は所望
の温度で保温することができる。静電気チャックを内蔵するウエハキャリアは、
高速の移動及び処理時間の短縮を可能にする。図７に示したようなどちらの機能
も内蔵するウエハキャリアは、両者の利点を併せ持っている。しかしながら、ウ
エハキャリアをうまく標準チップ又はウエハラックに組み込むためには、被覆し
た本体の厚さが全体で約３ｍｍ未満でなければならない。よって、本発明による
結合したウエハキャリヤの厚さは、全体で本体全体の厚さより薄い３ｍｍ未満で
なければならない。
【００１９】 本発明の好適な実施例を上記のように説明したが、請求の範囲に開示した本発
明の範囲から逸脱することなく、実施例には様々な変形及び部品の配置換えが可
能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の使用に適する加熱部材の斜視図である。
【図２】 図２は図１の加熱部材の一部を拡大し、内部構成要素を明らかにするために部
分的に切開した図である。
【図３】 図３は本発明による実施例を図解する部分的断面図である。
【図４】 図４は化学蒸着を実行する装置の図解したものである。
【図５】 図５は本発明による実施例を図解する部分的断面図である。
【図６】 図６は本発明による実施例を図解する部分的断面図である。
【図７】 図７は本発明による実施例を図解する部分的断面図である。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と該基板に隣接する熱分解黒鉛とを有する本体と、化学
    蒸着により形成した窒化アルミニウムの外膜とを有する部材であって、加熱要素
    、静電気チャック及びウエハキャリヤから選択された用途に使用され、該外膜は
    洗浄成分による化学的破壊作用から部材を保護する目的で施されている部材。
  2. 【請求項２】 外膜の厚さが約１０−１００マイクロメータである請求項１
    に記載の部材。
  3. 【請求項３】 前記外膜は部材外表面のほぼ全体を覆っている請求項１に記
    載の部材。
  4. 【請求項４】 前記熱分解黒鉛要素は電極を有している請求項１に記載の部
    材。
  5. 【請求項５】 前記熱分解黒鉛要素は抵抗加熱要素を有している請求項１に
    記載の部材。
  6. 【請求項６】 前記抵抗加熱要素の厚さは約０．００１−０．００６インチ
    である請求項５に記載の部材。
  7. 【請求項７】 基板は熱分解窒化ホウ素プレートである請求項１に記載の部
    材。
  8. 【請求項８】 基板は黒鉛プレートであって、さらに熱分解窒化ホウ素の被
    膜を有する請求項１に記載の部材。
  9. 【請求項９】 基板はホットプレスによる窒化ホウ素プレートである請求項
    １に記載の部材。
  10. 【請求項１０】 基板はさらに熱分解窒化ホウ素の被膜を有する請求項９に
    記載の部材。
  11. 【請求項１１】 本体に隣接し、本体と外膜の間に配置された熱分解窒化ホ
    ウ素の層をさらに有する請求項１に記載の部材。
  12. 【請求項１２】 基板は熱分解窒化ホウ素プレートである請求項１１に記載
    の部材。
  13. 【請求項１３】 基板は黒鉛プレートであって、さらに熱分解窒化ホウ素の
    被膜を有する請求項１１に記載の部材。
  14. 【請求項１４】 基板はホットプレスによる窒化ホウ素プレートである請求
    項１１に記載の部材。
  15. 【請求項１５】 基板はさらに熱分解窒化ホウ素の被膜を有する請求項１４
    に記載の部材。
  16. 【請求項１６】 基板は窒化アルミニウムである請求項１に記載の部材。
  17. 【請求項１７】 第２の熱分解黒鉛要素は基板に隣接して配置され、該基板
    が２つの熱分解黒鉛要素の間に配置されている請求項１６に記載の部材。
  18. 【請求項１８】 第１の熱分解黒鉛要素が抵抗加熱要素であり、第２の熱分
    解黒鉛要素が電極である請求項１７に記載の部材。
  19. 【請求項１９】 洗浄成分はＮＦ３プラズマである請求項１に記載の部材。
  20. 【請求項２０】 外膜は部材を少なくとも１００時間の洗浄時間にわたり有
    効に耐久させることができる請求項１に記載の部材。
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