JP2002043399A

JP2002043399A - ウエハ加熱装置

Info

Publication number: JP2002043399A
Application number: JP2000228438A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Takenouchi; 浩竹之内; Jun Fukuda; 潤福田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2002-02-08
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP3872260B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ウエハ加熱装置は、使用中の熱電対や温度調節
器が故障した場合に、均熱板の温度が暴走する恐れがあ
った。【解決手段】均熱板２の過昇温防止用の安全回路と安全
回路に信号を送る熱電対１０ａを備え、熱電対１０ａを
熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックス製チップ３
０を介して均熱板２の表面に固定したウエハ加熱装置と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にウエハを加熱
するために用いるウエハ加熱装置に関するものであり、
例えば、半導体ウエハや液晶基板あるいは回路基板等の
ウエハ上に半導体薄膜を生成したり、前記ウエハ上に塗
布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形
成するのに好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造装置の製造工程にお
ける、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジス
ト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウエハ（以
下、ウエハと略す）を加熱するためにウエハ加熱装置が
用いられている。

【０００３】従来の半導体製造装置は、まとめて複数の
ウエハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていた
が、ウエハの大きさが８インチから１２インチと大型化
するにつれ、処理精度を高めるために、一枚づつ処理す
る枚葉式と呼ばれる手法が近年実施されている。しかし
ながら、枚葉式にすると１回当たりの処理数が減少する
ため、ウエハの処理時間の短縮が必要とされている。こ
のため、ウエハ支持部材に対して、ウエハの加熱時間の
短縮、ウエハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度精
度の向上が要求されていた。

【０００４】ウエハへのレジスト膜の形成にあたって
は、図５に示すような、炭化珪素、窒化アルミニウム等
のセラミックスからなる均熱板５２の一方の主面を、ウ
エハＷを載せる載置面７３とし、他方の主面には絶縁層
５４を介して発熱抵抗体５５が設置され、さらに前記発
熱抵抗体５５の端部に形成された給電部５６に導通端子
５７が弾性体５８により押圧固定された構造のウエハ加
熱装置５１が提案されている。そして、前記均熱板５２
は支持体６１にボルト６７により固定され、さらに均熱
板５２の内部に熱電対６０が挿入され、これにより均熱
板５２の温度を所定の温度に保つように、導通端子５７
から発熱抵抗体５５に供給される電力を調節するシステ
ムとなっていた。また、導通端子５７は、板状構造部６
３に絶縁層５９を介して固定されていた。

【０００５】そして、ウエハ加熱装置５１の載置面７３
に、レジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、発
熱抵抗体５５を発熱させることにより、均熱板５２を介
して載置面５３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾
燥焼付けしてウエハＷ上にレジスト膜を形成するように
なっていた。

【０００６】このようなウエハ加熱装置５１において、
ウエハＷの表面全体に均質な膜を形成するためには、ウ
エハＷの温度分布を均一にすることが重要である。ウエ
ハＷの温度分布を小さくするため、加熱用のヒータを内
蔵したウエハ加熱装置５１において、発熱抵抗体５５の
抵抗分布を調整したり、発熱抵抗体５５の温度を分割制
御したり、熱引きを発生させるような構造部を接続する
場合、その接続部の発熱量を増大させる等の提案がされ
ていた。

【０００７】また、均熱板５２の温度制御用熱電対６０
の取付構造については、特開平９−４５７５２号公報
に、均熱板５２の温度を正確に制御するために、熱電対
自体の熱引きによる影響を抑え、できるだけウエハＷに
近いところで測温することが好ましいことが示されてい
る。さらに、図６を用いて構造を説明すると、金属製の
均熱板５２に熱電対６０がウエハの載置面７３の近傍に
挿入されている。熱電対６０は、保護管８５の中にＰｔ
からなる測温抵抗体８６が前記載置面８３側に載置面８
３と平行となるように設置されリード線８７が結線され
ている。さらに保護管８５内の空所には伝熱セメント８
８が充填されている。特に、発熱抵抗体を分割制御する
場合は、測定の正確さと同時に測定バラツキを管理しな
いと均熱板５２の正確な温度制御ができなくなるので、
このような取付構造とすることが好ましい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなウエハ加熱装置は、使用中の熱電対や温度調節器
が故障した場合に、均熱板の温度が暴走する恐れがあっ
た。そこで、従来過昇温防止の目的で使用されているサ
ーモスイッチ、温度ヒューズ等を均熱板の表面に設置し
た場合、これらの部品の熱容量が大きいためサーモスイ
ッチ、温度ヒューズ等が作動するまでに均熱板の温度が
過昇温したり、もしくは、これらの部品の熱容量のため
に、設置部の温度が低下し均熱性を阻害してしまうとい
う問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題について鋭意検討した結果、セラミックスからなる均
熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面に
発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に
接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエ
ハ加熱装置において、均熱板の過昇温防止用の安全回路
と該安全回路に信号を送る熱電対を備え、該熱電対を熱
伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックス製チップを介
して前記均熱板表面に弾性体を固定することにより、均
熱板の均熱性を阻害することなく、熱抵抗体の制御回路
が故障したような場合でも、発熱抵抗体が破壊する前に
発熱抵抗体への給電を止める安全回路に信号を送り、装
置の発火、故障などを防ぐことの出来るウエハ加熱装置
とすることができることを見出した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１１】図１は本発明に係るウエハ加熱装置の一例
を示す断面図で、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化
珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミック
スからなる均熱板２の一方の主面をウエハＷを載せる載
置面３とするとともに、他方の主面にガラス又は樹脂等
からなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成したもの
である。

【００１２】発熱抵抗体５のパターン形状としては、円
弧状の電極部と直線状の電極部とからなる略同心円状を
したものや渦巻き状をしたものなど、載置面３を均一に
加熱できるパターン形状であれば良い。均熱性を改善す
るため、発熱抵抗体５を複数のパターンに分割すること
も可能である。

【００１３】その場合、発熱抵抗体５の端部には給電部
６が形成され、該給電部６に導通端子７を押圧して接触
させることにより、導通が確保されている。そして、各
発熱抵抗体ブロック毎に設置される熱電対１０の出力に
より各発熱抵抗体ブロックの温度が制御されるようにな
っている。

【００１４】一方、この均熱板２の過昇温を防止するた
めの安全回路（不図示）を備え、この安全回路に信号を
送るための熱電対１０ａを備えている。詳細を図２に示
すように、均熱板２のウエハ載置面３とは別の他方の主
面に、絶縁層４を介して発熱抵抗体５が形成されてお
り、この発熱抵抗体５の上に、熱電対１０ａを挿入もし
くは埋め込んだセラミックス製チップ３０が設置され
る。該セラミックス製チップ３０は熱電対１０ａに固定
されたスリープ３１と板状構造体１３に固定された押さ
え治具３２を介して弾性体３３で押圧保持されている。
ここで、スリーブ３１はシース型熱電対１０ａにかし
め、または、溶接、高温耐久性の接着剤により固定され
ている。スリーブ３１は耐熱性が必要であり、ステンレ
スのような金属を使用することが望ましい。

【００１５】上記のように熱電対１０ａを押入したセラ
ミックス製チップ３０の平面部３０ａを均熱板２に当接
させることにより、発熱抵抗体５から発生した熱がセラ
ミックス製チップ３０を介して熱電対１０ａに伝達され
るようになるので、より発熱抵抗体５の実温に近い温度
が検知でき、その温度が装置の安全が保たれる温度以上
になった場合、危険信号として検知し、装置の安全性を
確保できるようになる。

【００１６】なお、本発明においては、図２に示すよう
に、熱電対１０ａの先端をセラミックス製チップ３０に
埋設し、このセラミックス製チップ３０を介して均熱板
２に当接させることが重要である。セラミックス製チッ
プ３０を介さずに単に熱電対１０ａを均熱板２に押し当
てるだけでは振動等により熱電対１０ａの先端が発熱抵
抗体５に触れてしまい絶縁がとれなくなる為、温度検知
ができなくなる。また、発熱抵抗体５上にガラスのよう
な絶縁層をさらに設けた場合でも、単に熱電対１０ａを
均熱板２に押し当てるだけでは、測定温度がばらつくた
めである。

【００１７】このセラミックス製チップ３０は、コップ
状に形成されており、その内径はシース型熱電対１０ａ
が挿入される大きさで、且つ外径及び底部厚みは、薄く
加工され熱容量が０．０８ｃａｌ／℃以下になるように
調整されている。これは、熱電対１０ａにより発熱抵抗
体５からの熱を素早く検知するためである。特に、セラ
ミックス製チップ３０に形成された穴の底からセラミッ
クス製チップの底３０ａまでの距離即ち底部の厚みは、
小さい程温度変化に対する応答性が向上し、０．５〜２
ｍｍ以下であることが好ましい。これは、０．５ｍｍ未
満では、セラミックス内のボイドや湿度により、発熱抵
抗体５と熱電対１０ａとの間の絶縁が保たれない場合が
生じ、２ｍｍを超えるとセラミックス製チップの底部か
ら熱電対までの熱伝導が遅くなるからである。

【００１８】また、発熱抵抗体５に直接接するため、シ
ース型の熱電対１０ａと発熱抵抗体５の絶縁をとる必要
があり、セラミック製チップ３０は電気絶縁性のセラミ
ックスであることが望ましい。発熱抵抗体５と熱電対１
０ａの絶縁がとれないと、発熱抵抗体５を流れる電気が
熱電対１０ａに漏電してしまい、安全回路が故障してし
まう。

【００１９】さらに、前記セラミックス製チップ３０の
熱伝導率は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。
これは、セラミックス製チップ３０の熱伝導率が小さす
ぎると、発熱抵抗体５からの熱を素早く熱電対１０ａに
伝えることができず、異常温度を検知するのが遅れてし
まうためである。また、このセラミックス製チップ５０
の熱容量は０．０８ｃａｌ／℃以下が望ましい。熱容量
が大きいと、発熱抵抗体５からの熱が前記セラミックス
製チップ３０に逃げるため、その部分のみ均熱板２の温
度が低下してしまい、均熱性が保たれない。

【００２０】セラミックス製チップ３０の製造方法とし
ては、各種原料粉末を円筒型の金型に充填し、成形圧９
８ＭＰａで成形した後、各種材料の焼成温度で焼成した
後、厚み調整のため平面研削盤で研削し、その後、熱電
対１０ａを挿入する穴を、ＮＣ旋盤を用いて加工するこ
とにより作製する。

【００２１】セラミックス製チップ３０を構成するセラ
ミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化
珪素等を主成分とするものを使用することができる。

【００２２】例えばアルミナとしては、アルミナ原料に
焼結助材として０．２〜３重量％のＭｇＯ、０〜３重量
％のＣａＯ、０〜５重量％のＳｉＯ₂とその他の不可避
不純物が、これらの総量で０．２〜１０重量％含有する
ものを使用し、１５００〜１７００℃で焼成することに
より焼結体を得ることができる。純度を向上させればさ
せるほど、熱伝導率が向上するので好ましい。

【００２３】窒化硼素としては、主成分の窒化硼素に対
し、焼結助剤として３０〜４５重量％の窒化アルミニウ
ムと５〜１０重量％の希土類元素酸化物を混合し、１９
００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより焼
結体を得ることができる。また、別の手法として、窒化
硼素原料に対し６〜３０重量％の硼珪酸ガラスを混合し
て焼結させる方法もある。

【００２４】窒化アルミニウムとしては、窒化アルミニ
ウム原料に焼結助材として２〜６重量％の希土類元素酸
化物、０〜０．５重量％のＣａＯを添加し、１８００〜
２１００℃の窒素雰囲気中で焼成することにより焼結体
を得ることができる。

【００２５】また、窒化珪素としては、主成分の窒化珪
素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素
酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ₂Ｏ₃、さらに焼結体に
含まれるＳｉＯ₂量として１．５〜５重量％となるよう
にＳｉＯ₂を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプ
レス焼成することにより焼結体を得ることができる。こ
こで示すＳｉＯ₂量とは、窒化珪素原料中に含まれる不
純物酸素から生成するＳｉＯ₂と、他の添加物に含まれ
る不純物としてのＳｉＯ₂と、意図的に添加したＳｉＯ₂
の総和である。

【００２６】また、熱電対１０ａとしては、測温部の径
が０．８ｍｍ以上のシース型の熱電対１０ａを使用する
ことが好ましい。素線からなる熱電対１０ａを使用する
場合、その強度がないため、図３に示すように、熱電対
１０ａをセラミック製チップ３０に固定するための支持
棒３４などの部品が必要となる。

【００２７】そして、発熱抵抗体５を複数のゾーンに分
割して温度制御する場合は、ゾーンの数に応じて、過昇
温防止用の熱電対１０ａの数を増やすことが好ましい。
これにより、個々の発熱抵抗体５の異常昇温を検知する
ことが可能となる。

【００２８】次に、本発明のウエハ加熱装置における均
熱板２の温度制御用の熱電対１０の取付構造について説
明する。制御用の熱電対１０については、図４に示すよ
うに、均熱板２の他方の主面には、絶縁層４を介して発
熱抵抗体５が形成されており、これにより均熱板２が加
熱される。この発熱抵抗体５の制御のため、均熱板２に
は、その厚みの約２／３の深さの凹部４７が形成され、
熱電対１０を埋め込んだ金属製チップ１５の平面部１５
ａが凹部４７の底に接するように、押さえ治具４８を介
して弾性体４９で押圧保持されている。

【００２９】上記のように熱電対１０を埋め込んだ金属
製チップ１５の平面部１５ａを均熱板２に当接させるこ
とにより、発熱抵抗体５から発生した熱が均熱板２を介
して、載置面３の近傍まで設置された凹部４７の底面か
ら金属製チップ１５を介して熱電対１０に伝達されるよ
うになるので、よりウエハの実温に近い温度が検知で
き、そのバラツキを小さくできる。

【００３０】この金属製チップ１５は、該凹部４７の内
径より若干小さな外径で、且つ凹部４７の深さより薄く
加工されている。これは、熱電対１０により測定される
温度が、均熱板２の載置面３側からの熱伝導により検知
されるようにするためである。前記チップ１５の後端が
凹部４７から飛び出していると、その飛び出している部
分から発熱抵抗体５の熱が伝わり、載置面３の温度が上
がる前に熱電対１０の指示温度が高くなってしまうの
で、ウエハＷの温度上昇に要する時間が見掛け上遅くな
ってしまう。また、前記凹部４７の側面からの熱伝導を
極力抑えるため、前記チップ１５を前記凹部４７の側面
に接触しないように設置することが好ましい。

【００３１】また、熱電対１０としては、測温部の径が
０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対１０を使用すること
が好ましい。測温部の径を細くすることにより、測温部
からの熱引きによる影響を小さくすることができる。そ
して、熱電対１０をシース型にすることにより、外部ノ
イズの影響を小さくし、雰囲気による腐食を防止すると
ともに、熱電対１０の個体間のバラツキを小さくするこ
とが可能となる。

【００３２】また、上述した安全回路に接続する熱電対
１０ａの取付構造を図４のようにしてもよい。

【００３３】そして、発熱抵抗体５を複数のゾーンに分
割して温度制御する場合は、ゾーンの数に応じて、熱電
対１０の数を増やすことが好ましい。これにより、ウエ
ハＷの温度をより実温に近い値に制御することが可能と
なる。また、この場合は特に、熱電対１０それぞれの設
置条件を均一にする必要がある。これは、個々の熱電対
１０間の温度検知がばらつくと、個々の発熱抵抗体５ブ
ロックの制御がばらつき、昇温過渡時のウエハの温度分
布に悪影響を与えるためである。

【００３４】さらに、前記金属製チップ１５の熱伝導率
は１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましい。これ
は、金属製チップ１５の熱伝導率が大きすぎると、均熱
板２の凹部４７の底の温度が上昇する前に、チップ１５
が発熱抵抗体５からの熱を直接受けて温度上昇し、見掛
け上発熱抵抗体５に電力が印加される時間が短くなって
しまうので、ウエハＷの昇温時間が長くなってしまうた
めである。

【００３５】さらに、図１において本発明のウエハ加熱
装置の構造を説明する。均熱板２と支持体１１の外周に
ボルト１７を貫通させ、均熱板２側より弾性体８、座金
１８を介在させてナット１９を螺着することにより弾性
的に固定している。これにより、均熱板２の温度を変更
したり、載置面３にウエハを載せ均熱板２の温度が変動
した場合に支持体１１の変形が発生しても、上記弾性体
８によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを
防止し、ウエハＷ加熱におけるウエハＷ表面に温度分布
が発生することを防止できる。

【００３６】また、支持体１１は板状構造体１３と側壁
部からなり、該板状構造体１３には発熱抵抗体５に電力
を供給するための導通端子７が絶縁材９を介して設置さ
れ、不図示の空気噴射口や熱電対１０の保持部が形成さ
れている。そして、前記導通端子７は、給電部６に弾性
体８により押圧される構造となっている。また、前記板
状構造体１３は、複数の層から構成されている。

【００３７】また、不図示のリフトピンは支持体１１内
に昇降自在に設置され、ウエハＷを載置面３上に載せた
り、載置面３より持ち上げるために使用される。そし
て、このウエハ加熱装置１により半導体ウエハＷを加熱
するには、不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで
運ばれたウエハＷをリフトピンにより支持したあと、リ
フトピンを降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。
次に、給電部６に通電して発熱抵抗体５を発熱させ、絶
縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加
熱する。

【００３８】なお、以上詳述した本発明のウエハ加熱装
置において、発熱抵抗体５は均熱板２の表面に絶縁層４
を介して形成してあるため、使用条件等に合わせて載置
面３の温度分布が均一となるように、発熱抵抗体５にト
リミングを施して抵抗値を調整することもできる。

【００３９】また、均熱板２は炭化珪素質焼結体、炭化
硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、
もしくは窒化アルミニウム質焼結体により形成してある
ことから、熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くでき
るため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び
所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間
を短くすることができ、生産性を高めることができると
ともに、６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することか
ら、発熱抵抗体５のジュール熱を素早く伝達し、載置面
３の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。

【００４０】また、このような特性を満足するには、均
熱板２の板厚を１〜７ｍｍとすることが良い。これは、
板厚が１ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために温度
ばらつきを平準化するという均熱板２としての効果が小
さく、発熱抵抗体５におけるジュール熱のばらつきがそ
のまま載置面３の温度ばらつきとして表れるため、載置
面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚が７ｍｍを
越えると、均熱板２の熱容量が大きくなり過ぎ、所定の
処理温度に加熱するまでの昇温時間や温度変更時の冷却
時間が長くなり、生産性を向上させることができないか
らである。

【００４１】炭化珪素質焼結体としては、主成分の炭化
珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を
含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤
としてアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を
含有し１９００〜２２００℃で焼成した焼結体を用いる
ことができ、また、炭化珪素はα型を主体とするもの、
あるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わ
ない。

【００４２】また、炭化硼素質焼結体としては、主成分
の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量
％混合し、２０００〜２２００℃でホットプレス焼成す
ることにより焼結体を得ることができる。

【００４３】そして、窒化硼素質焼結体としては、主成
分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４５重量％
の窒化アルミニウムと５〜１０重量％の希土類元素酸化
物を混合し、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成
することにより焼結体を得ることができる。窒化硼素の
焼結体を得る方法としては、他に硼珪酸ガラスを混合し
て焼結させる方法があるが、この場合熱伝導率が著しく
低下するので好ましくない。

【００４４】また、窒化珪素質焼結体としては、主成分
の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希
土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ₂Ｏ₃、さらに
焼結体に含まれるＳｉＯ₂量として１．５〜５重量％と
なるようにＳｉＯ₂を混合し、１６５０〜１７５０℃で
ホットプレス焼成することにより焼結体を得ることがで
きる。ここで示すＳｉＯ₂量とは、窒化珪素原料中に含
まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ₂と、他の添加物
に含まれる不純物としてのＳｉＯ₂と、意図的に添加し
たＳｉＯ₂の総和である。

【００４５】また、窒化アルミニウム質焼結体として
は、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤として
Ｙ₂Ｏ₃やＹｂ₂Ｏ₃等の希土類元素酸化物と必要に応じて
ＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物を添加して十分混合
し、平板状に加工した後、窒素ガス中１９００〜２１０
０℃で焼成することにより得られる。

【００４６】これらの焼結体は、その用途により材質を
選択して使用する。例えば、レジスト膜の乾燥に使用す
る場合は、窒化物は水分と反応してアンモニアガスを発
生し、これがレジスト膜に悪影響を及ぼすので使用でき
ない。また、８００℃程度の高温で使用する可能性のあ
るＣＶＤ用のウエハ加熱装置の場合は、ガラスを多く含
む窒化硼素系の材料は、均熱板２が使用中に変形してし
まい均熱性が損なわれてしまう可能性がある。

【００４７】さらに、均熱板２の載置面３と反対側の主
面は、ガラスや樹脂からなる絶縁層４との密着性を高め
る観点から、平面度２０μｍ以下、面粗さを中心線平均
粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜０．５μｍに研磨しておく
ことが好ましい。

【００４８】一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として
使用する場合、多少導電性を有する均熱板２と発熱抵抗
体５との間の絶縁を保つ絶縁層４としては、ガラス又は
樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、
その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下
回り絶縁性が保てず、逆に厚みが３５０μｍを越える
と、均熱板２を形成する炭化珪素質焼結体や窒化アルミ
ニウム質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるため
に、クラックが発生して絶縁層４として機能しなくな
る。その為、絶縁層４としてガラスを用いる場合、絶縁
層４の厚みは１００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成する
ことが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの
範囲で形成することが良い。

【００４９】また、均熱板２を、窒化アルミニウムを主
成分とするセラミック焼結体で形成する場合は、均熱板
２に対する発熱抵抗体５の密着性を向上させるために、
ガラスからなる絶縁層４を形成する。ただし、発熱抵抗
体５の中に十分なガラスを添加し、これにより十分な密
着強度が得られる場合は、省略することが可能である。

【００５０】なお、ガラスから成る絶縁層４を均熱板２
上に被着する手段としては、前記ガラスペーストをスク
リーン印刷法、ディッピング法、スプレーコーティング
法等にて均一に塗布したあと、８００〜１０００℃の温
度で焼き付ければ良い。また、絶縁層４としてガラスを
用いる場合は、予め炭化珪素質焼結体又は炭化硼素質焼
結体から成る均熱板２を１２００℃程度の温度に加熱
し、絶縁層４を被着する表面を酸化処理しておくこと
で、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることが
できる。

【００５１】さらに、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体
５としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パ
ラジウム（Ｐｄ）、白金族金属等の金属、あるいは酸化
レニウム（Ｒｅ₂Ｏ₃）、ランタンマンガネート（ＬａＭ
ｎＯ₃）等の導電性酸化物のうち１種以上を導電材とし
て含むガラスペーストを用意し、所定のパターン形状に
スクリーン印刷法等にて印刷したあと焼付けて前記導電
材をガラスから成るマトリックスで結合すれば良い。マ
トリックスとしてガラスを用いる場合、結晶化ガラス、
非晶質ガラスのいずれでも良いが、熱サイクルによる抵
抗値の変化を抑えるために結晶化ガラスを用いることが
好ましい。

【００５２】ただし、発熱抵抗体５に銀又は銅を用いる
場合、マイグレーションが発生する恐れがあるため、こ
のような場合には、発熱抵抗体５を覆うように絶縁層４
と同一の材質から成る保護膜を３０μｍ程度の厚みで被
覆しておけば良い。

【００５３】上記絶縁層４を形成するガラスとしては、
結晶質又は非晶質のいずれでも良く、例えばレジスト乾
燥用に使用する場合、耐熱温度が２００℃以上でかつ０
℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数が均熱板２を
構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×
１０^-7／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いること
が好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラ
スを用いると、均熱板２を形成するセラミックスとの熱
膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼付け後の冷
却時において、均熱板２に反りが発生したり、クラック
や剥離等の欠陥が生じ易いからである。

【００５４】

【実施例】熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋの炭化珪素質焼結
体に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径２３０ｍｍの円
盤状をした均熱板２を複数製作し、各均熱板２の一方の
主面に絶縁層を被着するため、ガラス粉末に対してバイ
ンダーとしてのエチルセルロースと有機溶剤としてのテ
ルピネオールを混練して作製したガラスペーストをスク
リーン印刷法にて敷設し、１５０℃に加熱して有機溶剤
を乾燥させたあと、５５０℃で３０分間脱脂処理を施
し、さらに７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うこ
とにより、ガラスからなる厚み２００μｍの絶縁層４を
形成した。次いで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着する
ため、導電材としてＡｕ粉末とＰｔ粉末を添加したガラ
スペーストを、スクリーン印刷法にて所定のパターン形
状に印刷したあと、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥
させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施したあ
と、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことによ
り、厚みが５０μｍの発熱抵抗体５を形成した。発熱抵
抗体５は中心部と外周部を周方向に４分割した５パター
ン構成とした。しかるのち発熱抵抗体５に給電部６をＡ
ｕを含有する導電性接着剤を用いて固着させることによ
り、均熱板２を製作した。

【００５５】また、支持体１１は、主面の３０％に開口
部を形成した厚み２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２
枚の板状構造体１３を準備し、熱電対１０、１０本の導
通端子７を所定の位置に保持固定し、また、５本の過昇
温防止用の熱電対１０ａを分割した各発熱抵抗体ゾーン
毎に設置した。設置方法は、図２に示した方法を用い、
セラミック製チップ３０の材質をアルミナ、窒化アルミ
ニウム、窒化珪素、ジルコニアとし、寸法を外径が３ｍ
ｍおよび３．６ｍｍ、内径が１．２ｍｍ、全長が４ｍｍ
となるように加工したものをそれぞれ使用して支持体１
１に固定し、さらに前記支持体１１の上に均熱板２を重
ね、その外周部を弾性体８を介してネジ締めすることに
より固定して評価用のウエハ加熱装置１とした。

【００５６】そして、このようにして得られたウエハ加
熱装置１の導電端子７に通電して２５０℃で保持し、載
置面３の上に載せたウエハ表面の温度分布を中心とウエ
ハ半径の１／２の周上の６分割点６点の合計７点の温度
バラツキを確認した後、３０℃に６０分保持したのち、
ウエハ加熱装置の制御用熱電対１０の指示温度が３５０
℃になるまで導電端子７に通電して、過昇温防止用の熱
電対１０ａの温度を測定した。

【００５７】評価基準は下記のようにし、これを満足し
ていれば○、満足しない場合は×とした。（評価１）温度バラツキが１℃以下であること。（評価２）熱抵抗体５の温度を制御用の熱電対１０で測
定し、ウエハ加熱装置１の使用温度の上限である２５０
℃に保持した場合に発熱抵抗体５と過昇温防止用の熱電
対１０ａの温度差が１０℃以内であること。（評価３）発熱抵抗体５の加熱時に、発熱抵抗体５が抵
抗変化を起こす温度の下限である３５０℃に達した時
に、過昇温防止用センサーの熱電対１０ａの温度が、２
６０〜３４０℃を示している。

【００５８】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００５９】

【表１】

【００６０】表１から判るように、セラミック製チップ
の熱容量が０．０８ｃａｌ／℃を越えるＮｏ．３は、温
度制御用の熱電対１０が３５０℃になった時点で、過昇
温防止用の熱電対の温度が２６０℃未満であり、上記評
価基準に達しなかった。また、セラミック製チップの熱
伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるジルコニアを用いた
Ｎｏ．８、９は、評価１〜３全ての評価が上記評価基準
に達しなかった。

【００６１】また、セラミックス製チップ３０に形成し
た穴の底からセラミック製チップ３０の底までの厚み
が、３ｍｍであるＮｏ．５は、評価３が上記評価基準に
達しなかった。

【００６２】これに対し、セラミック製チップの熱伝導
率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり、その熱容量を０．０８
ｃａｌ／℃以下としたＮｏ．１、２、４、６、７は、評
価１〜３の全てについて、評価基準を満足した。

【００６３】

【発明の効果】セラミックスからなる均熱板の一方の主
面をウエハの載置面とし、他方の主面に発熱抵抗体を有
するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電
部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置にお
いて、均熱板の過昇温防止用の安全回路と、該安全回路
に信号を送る熱電対を備え、該熱電対を熱伝導率２０Ｗ
／ｍ・Ｋ以上、かつ熱容量０．０８ｃａｌ／℃以下のセ
ラミックス製チップを介して前記均熱板表面に固定する
ことにより、均熱板の均熱性を阻害することなく、発熱
抵抗体の制御回路が故障したような場合でも、発熱抵抗
体が破壊する前に発熱抵抗体への給電を止める安全回路
に信号を送り、装置の発火、故障などを防ぐことの出来
るウエハ加熱装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハ加熱装置を示す断面図である。

【図２】本発明のウエハ加熱装置における熱電対の取付
構造を示す図である。

【図３】本発明のウエハ加熱装置における熱電対の取付
構造を示す図である。

【図４】本発明のウエハ加熱装置の温度制御用熱電対の
取付構造を示す断面図である。

【図５】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。

【図６】従来のウエハ加熱装置の熱電対の固定方法を示
す断面図である。

【符号の説明】

１：ウエハ加熱装置２：均熱板３：載置面４：絶縁層５：発熱抵抗体６：給電部７：支持体８：弾性体１０：熱電対１５：金属製チップ３０：セラミック製チップＷ：半導体ウエハ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｂ 3/06 Ｈ０５Ｂ 3/10 Ｃ 3/10 3/16 3/16 3/68 3/68 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 2H096 AA25 DA01 FA01 GB03 HA01 3K058 AA86 BA00 CA23 CA69 CA92 CE19 3K092 PP20 QA05 RF03 RF11 RF22 SS12 UA05 VV22 5F031 CA02 HA01 JA01 JA21 JA46 JA51 MA26 MA30 PA08 PA11 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックスからなる均熱板の一方の主面
をウエハの載置面とし、他方の主面に発熱抵抗体を有す
るとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部
を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置におい
て、上記均熱板の過昇温を防止するための安全回路と、
該安全回路に信号を送る熱電対を備え、該熱電対を熱伝
導率２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のセラミックス製チップを介し
て前記均熱板の表面に固定したことを特徴とするウエハ
加熱装置。
【請求項２】前記セラミック製チップの熱容量が０．０
８ｃａｌ／℃以下であることを特徴とする請求項１記載
のウエハ加熱装置。
【請求項３】前記セラミックス製チップが、アルミナ、
窒化硼素、窒化珪素または、窒化アルミニウムのいずれ
か１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１記
載のウエハ加熱装置。
【請求項４】前記セラミックス製チップの底部の厚み
が、０．５〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１記
載のウエハ加熱装置。
【請求項５】前記セラミックス製チップが、弾性体によ
って押圧固定されていることを特徴とする請求項１記載
のウエハ加熱装置。
【請求項６】セラミックスからなる均熱板の一方の主面
をウエハの載置面とし、他方の主面に発熱抵抗体を有す
るとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部
を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置におい
て、上記均熱板の過昇温を防止するための安全回路と、
該安全回路に信号を送る熱電対を備え、該熱電対を前記
均熱板に形成された凹部に挿入し、金属製チップと押さ
え治具により押圧固定したことを特徴とするウエハ加熱
装置。
【請求項７】前記金属製チップが、弾性体によって押圧
固定されていることを特徴とする請求項６記載のウエハ
加熱装置。