JP2002083858A

JP2002083858A - ウエハ加熱装置

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Publication number: JP2002083858A
Application number: JP2000398611A
Authority: JP
Inventors: Jun Fukuda; 潤福田; Hidenori Nakama; 英徳中間; Koji Sakamoto; 広治坂元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-03-22
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP4593770B2

Abstract

(57)【要約】【課題】均熱板にウェハを支持するウェハ加熱装置にお
いて、均熱板の載置面が凹状になると、中心付近で均熱
板とウエハの間のギャップが大きくなるので、特に、均
熱板の温度設定を変更したり、ウエハを交換した際の昇
温過渡時に中心部の加熱が遅れ気味になり、その結果ウ
エハ面内の温度分布が大きくなるという課題があった。【解決手段】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、他方の主面もしくは内部に発熱
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、前記均熱板の載置面を凸状にする。

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
するの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
するのに好適なウエハ加熱装置に関する。

【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】このうち半導体ウエハ上へのレジスト膜の
形成にあたっては、例えば特開平１１−２８３７７２９
号公報に示してあるようなウエハ加熱装置がある。この
ウエハ加熱装置は、図４に示すように、支持体４１、均
熱板３２および板状反射体としてのステンレス板４３を
主要な構成要素としている。支持体４１は有底状の金属
製部材（ここでは、アルミニウム製部材）であって、断
面円形状の開口部４４をその上部側に備えている。この
支持体４１の中心部には、図示しないウエハ支持ピンを
挿通するためのピン挿入孔４５が３つ形成されている。
ピン挿通孔４５に挿通されたウエハ支持ピンを上下させ
れば、ウエハＷを搬送機に受け渡したり、ウエハＷを搬
送機から受け取ったりすることができる。また、不図示
の発熱抵抗体の端子部には、導通端子３７がロウ付けさ
れており、該導通端子３７がステンレス板４３に形成さ
れた穴６７を挿通する構造となっている。また、底部４
１ａの外周にはリード線引出用の穴４６がいくつか形成
されている。この穴４６には、発熱抵抗体に電流を供給
するための不図示のリード線が挿通され、該リード線は
前記導通端子３７に接続されている。

【０００５】この発熱抵抗体は、感光性樹脂が塗布され
たシリコンウエハを高温（５００℃以上）で乾燥させる
ためのものである。このセラミックからなる均熱板３２
には、発熱抵抗体が形成されており、支持体４１の開口
部４４にダミーピン４７により支持されるようになって
いる。

【０００６】また、発熱抵抗体を形成した均熱板３２
は、円形状であり支持体４１の開口部４４とほぼ同径と
なるように設計されている。図５に示すように、均熱板
３２は多層構造であり、発熱抵抗体３５は各層の層間に
埋設されている。即ち、ここでは発熱抵抗体３５は、均
熱板３２の外表面からは全く露出していない。そして、
発熱抵抗体３５の導通に関与する導通端子３７は、ロウ
付けの手法により発熱抵抗体３５に接合されている。ま
た、均熱板３２を構成するセラミック材料としては、窒
化物セラミックスまたは炭化物セラミックスが用いられ
ている。

【０００７】これらのうち、炭化珪素質セラミックスを
均熱板３２の基材として使用する場合、炭化珪素質セラ
ミックスは半導体性を示すので、炭化珪素質セラミック
スの表面に発熱抵抗体を形成する場合、直接炭化珪素質
セラミックスの表面に発熱抵抗体を形成すると、通電し
た際に電極間がショートして断線してしまうので、炭化
珪素質セラミックスと発熱抵抗体３４の間に絶縁層を形
成する必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、均熱板
は焼成後、表面にガラスからなる絶縁層や発熱抵抗体を
形成する必要があるため、これらの材料の熱膨張差によ
りどうしても反りが発生する。特に、この反りによって
載置面側が凹状になると、中心付近で均熱板とウエハの
間のギャップが大きくなるので、均熱板の温度設定を変
更したり、ウエハを交換した際の昇温過渡時に中心部の
加熱が遅れ気味になり、その結果ウエハ面内の温度分布
が大きくなるという課題があった。

【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、他方の主面も
しくは内部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、前記均熱板の載置面
を凸状とすることにより、上記課題を解決できることを
見出した。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１１】図１は本発明のウエハ加熱装置１の一例を
示す断面図で、炭化珪素を主成分とするセラミックスの
板状体からなる均熱板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、他方の主面に形成された
ＳｉＯ₂膜２３の上にガラスからなる絶縁層４を介して
発熱抵抗体５を形成し、この発熱抵抗体５と電気的に接
続する給電部６を備えてセラミックヒーターを構成した
ものである。また、上記載置面２に複数の支持ピン２０
を装着してあり、この支持ピン２０にウェハＷを載置
し、載置面３から離間して保持する。これにより、ウエ
ハＷが均熱板２に片当たりして温度分布が悪くなるとい
った問題を防止している。

【００１２】本発明の特徴は、図２（ａ）に示すように
前記均熱板２が、その載置面３が凸状となるように反っ
ているか、又は図２（ｂ）に示すように載置面３自体を
凸状となるように形成した点である。そして、好ましく
は、載置面３の突出量ａを１０〜８０μｍとしてある。

【００１３】ここで、前記載置面３の突出量が１０μｍ
より小さいかもしくは載置面３が凹状になっていると、
ウエハＷの中心部分における均熱板２との距離が、その
周囲より大きくなってしまうので、均熱板２からの熱の
伝達が遅くなり、特に均熱板２の温度設定を変更した場
合、もしくはウエハＷを交換した際の昇温過渡時の温度
バラツキが大きくなり、ウエハＷ面内のレジストの熱処
理がばらついてしまうので、好ましくない。

【００１４】また、急昇温させる場合において、均熱板
２全体を加熱するとどうしても中央付近が高めになるよ
うな挙動をとり易いので、通常外周部より中心部の発熱
量を抑えることにより均熱を調整するが、均熱板２とウ
エハＷの中心部の距離が大きくなると急加熱の際の中央
部の加熱出力の調整が非常に難しくなる。

【００１５】これに対し、均熱板２の載置面３を凸状に
なるように加工しておくと、均熱板２とウエハＷの中央
部の間隔が狭くなるので、特に急昇温する場合に温度調
節が有利になる。

【００１６】また、前記突出量ａが８０μｍを越える
と、均熱板２の載置面３に設置された支持ピンの状態に
より、ウエハＷが回転したり、がたついたりして温度が
安定するのに時間を要してしまうので好ましくない。ま
た、載置面３からウエハＷまでの距離が遠くなるため、
昇温時間が長くなってしまうので好ましくない。

【００１７】ウエハＷの昇温速度に最も影響するのは、
ウエハＷと均熱板２の距離である。ウエハＷと均熱板２
の距離は、小さくすればするほどウエハＷを交換した際
の昇温速度が速くなるので好ましいが、均熱性は調整し
難くなる。逆に、ウエハＷと均熱板２の距離を大きくす
ると、均熱性は良くなるが昇温速度が遅くなってしま
う。急速昇温性を生かすためには、ウエハＷと均熱板２
の距離を２００μｍ以下にすることが好ましい。前記突
出量ａが大きくなりすぎると、上記理由により急速昇温
性が損なわれるので、好ましくない。

【００１８】また、均熱板２の突出量ａは、均熱板２の
平面加工の精度と、その上に形成する絶縁層４に用いる
ガラスおよび発熱抵抗体５の熱膨張率で調整することが
できる。

【００１９】例えば、予め平坦に研磨加工した均熱板２
を、１０〜８０μｍの突出量（反り）を有する樹脂板に
一方の主面を密着固定し、他方の主面を平坦になるよう
に研磨加工し、その後、樹脂板から外すと、図２（ｂ）
に示すように、所望の突出量ａを有する均熱板２を得る
ことができる。この加工により凸状になった主面を載置
面３として使用すればよいまた、絶縁層４は焼結した均
熱板２基材の表面にガラスを溶融させて形成するが、均
熱板２基材の熱膨張率よりガラスの熱膨張率が小さい
と、冷却の際のガラスの収縮によって、図２（ａ）のよ
うに均熱板２が反って、載置面３側が凸になるように突
出する。このように熱膨張差による反りを利用して、突
出量ａを調整することができる。このような傾向は、発
熱抵抗体５についても同様である。

【００２０】ここで、ガラスの熱膨張曲線を図３に示
す。曲線は、低温側の傾きの小さな部分と傾きの大きな
部分と曲線が折れ曲がって降下する部分の大きく３つの
部分に分けることができる。このうち、低温側の最初の
変極点を示す温度をガラス転移点と称する。ここで、ガ
ラスの熱膨張率というのは、このガラス転移点までの熱
膨張率のことである。しかしながら、ガラスの温度をさ
らに上昇させると見掛けの熱膨張率は増大する方向にな
る。実際、均熱板２の上にガラスからなる絶縁層４を形
成する場合、左側の変極点以上の温度で熱処理するた
め、反りに影響する実際の熱膨張率は、ガラス転移点ま
での熱膨張率より大きな値になる。

【００２１】本発明者らが鋭意検討した結果、絶縁層４
をなすガラスの熱膨張率を均熱板２の基材の熱膨張率に
対し０．２〜０．７×１０^-6ｄｅｇ^-1小さく調整する
と、均熱板２の載置面３側が好ましい突出量ａの凸状と
できることが判った。

【００２２】均熱板２の基材の厚みを厚くすれば、絶縁
層４や発熱抵抗体５、不図示のオーバーコート層のセラ
ミックス基材との熱膨張率差による影響は緩和できる
が、熱容量が大きくなるため温度設定を変更した際の温
度安定時間が長くなってしまうという課題が残る。そこ
で、均熱板２の厚みは、１〜７ｍｍの範囲内で使用する
ことが好ましい。さらに好ましくは２〜５ｍｍとすると
よい。均熱板２の厚みを１ｍｍ未満とすると、均熱板２
の剛性が不足し均熱板２のａが大きくなるので好ましく
ない。また、均熱板２の厚みが７ｍｍを越えると、温度
変更した場合の応答速度が遅くなるので好ましくない。

【００２３】さらに、均熱板を載置面側に凸になるよう
に形成する手法として、均熱板２を支持体１１に保持し
た後、導通端子７の押圧力により調整することができ
る。急速昇温および急速降温を可能にするため、均熱板
２の厚みは１〜７ｍｍの範囲に調整されており、その一
方、均熱板２の寸法は８インチから１２インチへのウエ
ハの大型化に伴い２３０ｍｍφから３３０ｍｍφと大型
化する傾向にある。均熱板２の大面積化と薄肉化によ
り、均熱板２は、導通端子７の押圧力によって変形する
ようになってきている。

【００２４】そこで、この押圧力を利用して、均熱板２
の突出量を調整することができる。場合によっては、均
熱板２を載置面３側が平坦もしくは凹になるように加工
した後、導通端子７の押圧力により均熱板２の反りを狙
いの１０〜８０μｍの凸状とすることができる。

【００２５】また、均熱板２の載置面３側に、均熱板２
の熱膨張率より０．８〜１．８×１０^-6／℃大きな熱膨
張率を有するガラス層を４０〜３００μｍ厚み形成する
ことにより、載置面３側が凸になるような反りを生成さ
せても良い。

【００２６】ガラス層の厚みを４０μｍ未満にすると、
反りに対する影響が小さくなるので所望の効果が期待で
きなくなる。また、ガラス層の厚みを３００μｍを越え
る厚みにすると、載置面３側の熱伝達が遅くなりウエハ
Ｗの昇温速度が遅くなってしまうので好ましくない。

【００２７】図１を用いて、さらに本発明のウエハ加熱
装置の均熱板２の構造を詳細に説明する。炭化珪素質セ
ラミックスからなる均熱板２のウエハ載置面３を除く表
面には、酸化雰囲気中で熱処理することにより生成した
ＳｉＯ₂膜２３が形成されている。そして、このＳｉＯ₂
膜２３の上にガラスからなる絶縁層４が形成され、さら
にその上に、Ａｕ、Ｐｔ族金属もしくはこれらの合金か
らなる発熱抵抗体５が形成され、この発熱抵抗体５には
給電部６が形成されて均熱板２を構成してある。この均
熱板２を支持体１１にネジ１７により繋合し、上記給電
部６に導通端子７を弾性体８により押圧して接続するこ
とによりウェハ加熱装置１を構成している。導通端子７
は、絶縁材９により板状構造体１３から絶縁されるよう
に指示されている。

【００２８】前記ＳｉＯ₂膜２３の厚みｔは、０．０５
〜２．０μｍとする。さらに好ましくは、０．１〜１．
０μｍとすることが好ましい。これにより、表面に形成
するガラスからなる絶縁層４を炭化珪素質セラミックス
表面に信頼性高く形成することが可能となる。この厚み
ｔを０．０５μｍ未満とすると、この上に絶縁層４とな
るガラス層を形成した場合に、表面のＳｉＯ₂膜２３が
ガラスに吸収され、絶縁層４に均熱板２からのハジケが
発生してしまい好ましくない。また、前記ＳｉＯ₂膜２
３の厚みを２．０μｍより大きくすると、ＳｉＯ₂膜２
３中にクリストバライトからなる結晶相が増えてしま
い、絶縁層４の密着性が低下してしまうので好ましくな
い。なお、信頼性と生産性の面から考慮するとＳｉＯ₂
膜２３の厚みｔは０．１〜１．０μｍとすることがさら
に好ましい。

【００２９】また、ＳｉＯ₂膜２３は、アモルファス状
態であることが好ましいが、厚みが厚くなったり前記Ｓ
ｉＯ₂膜２３を徐冷したりすると、ＳｉＯ₂膜２３内に結
晶が生成してくる。析出する結晶相としては、クォー
ツ、クリストバライト、トリジマイト等の結晶相が生成
してくる。このうち、特にクリストバライトは、１８０
〜２７０℃に大きな体積変化を伴うα相とβ相間の転移
点があり、ＳｉＯ₂膜２３にクラックを発生させるので
結晶相として好ましくない。

【００３０】また、前記ＳｉＯ₂膜２３を形成する方法
については、炭化珪素質セラミックスからなる均熱板２
を平坦度１０μｍ以下に研磨した後、酸化雰囲気中１２
００〜１６００℃で１〜１２時間処理し、冷却過程にお
いて少なくとも１０００〜６００℃を２００℃／時間よ
り速い速度で冷却することにより、前記のようにクリス
トバライト結晶の生成を抑えたＳｉＯ₂膜２３を形成す
ることができる。

【００３１】また、ＳｉＯ₂膜２３中の酸素の拡散は非
常に遅いので、本発明の請求範囲相当の厚みのＳｉＯ₂
膜２３を炭化珪素質セラミックスからなる均熱板２の表
面に形成するには、このように、高温の酸化雰囲気中で
熱処理を施すことが必要である。

【００３２】そして、酸化雰囲気中の熱処理により形成
したＳｉＯ₂膜２３のうち、載置面３側の膜は、研磨に
より除去する。

【００３３】さらに均熱板２は、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。

【００３４】また、熱電対１０は、均熱板２の中央部の
ウエハ載置面３の直近に設置され、熱電対１０の温度を
基に均熱板２の温度を調整する。発熱抵抗体５が複数の
ブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、そ
れぞれの発熱抵抗体５のブロックに測温用の熱電対１０
を設置する。熱電対１０としては、その応答性と保持の
作業性の観点から、外径１．０ｍｍ以下のシース型の熱
電対１０を使用することが好ましい。また、均熱板２に
埋め込まれた先端部に力が掛からないように熱電対１０
の途中が支持部７の板状構造部１３に保持されている。
この熱電対１０の先端部は、均熱板２に孔が形成され、
この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材に
より押圧固定することが測温の信頼性を向上させるため
に好ましい。また、図１には、熱電対１０を１本しか示
していないが、発熱抵抗体５を分割制御する場合は、そ
の数に応じて熱電対１０の数を増やすことが好ましい。

【００３５】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。

【００３６】また、均熱板２に形成された給電部６と導
通端子７間の接続を、押圧による接触とすることによ
り、均熱板２と支持体１１の温度差による両者の膨張の
差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイ
クルに対し、耐久性良好なウエハ加熱装置１を提供する
ことができる。

【００３７】なお、均熱板２の材質は炭化珪素質セラミ
ックスの他、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、
炭化硼素のいずれか１種以上を主成分とするセラミック
スを用いてもよい。均熱板２が絶縁性セラミックスから
なる場合は絶縁層４を形成する必要がなく、その場合に
載置面３を凸状とするためには、前述したように、予め
平坦に研磨加工した均熱板２を、１０〜８０μｍの反り
を有する樹脂板に一方の主面を密着固定し、他方の主面
を平坦になるように研磨加工し、その後、樹脂板から外
すと、図２（ｂ）に示すように、所望の突出量ａを有す
る均熱板２を得ることができる。

【００３８】また、均熱板２を形成する炭化珪素質セラ
ミックスとしては、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（Ａｌ
₂Ｏ₃）とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を含有し１９００〜２２
００℃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。

【００３９】また、炭化硼素質セラミックスとしては、
主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１
０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。

【００４０】そして、窒化硼素質セラミックスとして
は、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４
５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。

【００４１】また、窒化珪素質セラミックスとしては、
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、１６５０〜１７５
０℃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。

【００４２】また、窒化アルミニウム質セラミックスと
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１９００〜２
１００℃で焼成することにより得られる。

【００４３】これらのセラミックスは、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。

【００４４】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。

【００４５】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３０μｍ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６００μｍ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。ま
た、ガラスは熱伝導率が低いので発熱抵抗体５からウエ
ハ載置面３への熱伝達が遅くなってしまう。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３
０μｍ〜６００μｍの範囲で形成することが好ましく、
望ましくは１００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成するこ
とが良い。

【００４６】また、ガラスからなる絶縁層４は、プリン
トもしくは転写により一定厚みの膜を形成し、そのガラ
スの作業点以上の温度で熱処理することにより形成す
る。載置面３の突出量ａを１０〜８０μｍとするために
は、均熱板２の絶縁層４を塗布する側の炭化珪素質セラ
ミックスの平坦度を２０μｍ以下とすると同時に、炭化
珪素の熱膨張率３．９×１０^-6ｄｅｇ^-1に対し０．２〜
０．７×１０^-6ｄｅｇ^-1小さい３．２〜３．７×１０^-6
ｄｅｇ^-1程度の熱膨張率をもったガラスを絶縁層４とし
て用いることが好ましい。これは、ガラスが焼結し溶融
する際に、その収縮による応力を十分緩和し切っておら
ず、収縮による応力が反りの形で残留しているので、こ
の分を吸収するためにガラスの熱膨張率を炭化珪素に較
べ若干小さくする。

【００４７】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も、発熱抵
抗体５の抵抗値分布を細かく調整するために、発熱抵抗
体は、窒化アルミニウム質焼結体の表面に形成すること
が好ましい。また、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
成する方が好ましい。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。

【００４８】なお、ガラスや樹脂から成る絶縁層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
又は樹脂ペーストを均熱板２の中心部に適量落とし、ス
ピンコーティング法にて伸ばして均一に塗布するか、あ
るいはスクリーン印刷法、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、ガラスペース
トにあっては、６００℃の温度で、樹脂ペーストにあっ
ては、３００℃以上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、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。

【００４９】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）等の金属単体を、蒸着法やメッキ法に
て直接被着するか、あるいは前記金属単体や酸化レニウ
ム（Ｒｅ₂Ｏ₃）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎ
Ｏ₃）等の酸化物を導電材として含む樹脂ペーストやガ
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樹脂
や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。

【００５０】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３０〜１００μｍ程度の
厚みで被覆しておけば良い。

【００５１】さらに、発熱抵抗体５は、絶縁層４との密
着性を高めるためガラスを含み、このガラスの軟化点
が、絶縁層４に含まれるガラスの転移点より低いことが
発熱抵抗体５の密着強度を向上させる上で好ましい。ガ
ラスは転移点以上の温度では高粘度の粘性流体であると
考えられる。このため、絶縁層４に含まれるガラスの転
移点より発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点を低く
し、発熱抵抗体５の焼き付け時に、基材となる絶縁層４
に影響がでないようにする。

【００５２】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。

【００５３】また、発熱抵抗体５を内蔵するタイプの均
熱板２に関しては、熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒
化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましい。この
場合、窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含
有する原料を十分混合したのち円盤状に成形し、その表
面にＷもしくはＷＣからなるペーストを発熱抵抗体５の
パターン形状にプリントし、その上に別の窒化アルミニ
ウム成形体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜
２１００℃の温度で焼成することにより発熱抵抗体５を
内蔵した均熱板２得ることが出来る。また、発熱抵抗体
５からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホー
ル１９を形成し、ＷもしくはＷＣからなるペーストを埋
め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すよ
うにすれば良い。また、給電部６は、ウエハＷの加熱温
度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペ
ーストを前記スルーホール１９の上に塗布し９００〜１
０００℃で焼き付けることにより、内部の発熱抵抗体５
の酸化を防止することができる。

【００５４】さらに、このようなウエハ加熱装置１をレ
ジスト膜形成用として使用する場合は、炭化珪素質焼結
体を均熱板２に使用すると、大気中の水分等と反応して
アンモニアガスを発生させレジスト膜を劣化させること
がないので好ましい。また、この際、焼結助剤に水と反
応してアンモニアやアミンを形成する可能性のある窒化
物を含まないようにすることが必要である。これによ
り、ウエハＷ上に微細な配線を高密度に形成することが
可能となる。

【００５５】

【実施例】実施例１炭化珪素原料に３重量％のＢ₄Ｃと２重量％の炭素を適
量のバインダおよび溶剤を用いて混合し、造粒したあと
成形圧１００ＭＰａで成形し１９００〜２１００℃で焼
成して、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋであり外径が２３０
ｍｍ、厚み３ｍｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得た。
そして、両面を平面研削した後、１１００℃×１時間の
熱処理を各々施しＳｉＯ₂からなる膜２３を形成した
後、一方の表面に３００μｍのガラスからなる絶縁層４
を形成した。

【００５６】ガラスについては、熱膨張率が２．８×１
０^-6ｄｅｇ^-1のガラスと３．８×１０^-6ｄｅｇ^-1、４．
８×１０^-6ｄｅｇ^-1のガラスを混合し、その比率を変更
することにより熱膨張率を調整したガラスからなるペー
ストを準備し、各々の均熱板２にプリント形成した後９
００℃で焼き付け処理することにより絶縁層４を形成し
た。

【００５７】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Ｐｄ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を導
電性接着剤にて固着させることにより、均熱板２を製作
した。

【００５８】均熱板２の載置面３の突出量ａについて
は、平面度測定機（京セラ製ナノフェース）を用いて３
０ｍｍピッチの格子点についてその高さのバラツキを測
定し最大最小の差を反りとして、これを突出量ａとし
た。

【００５９】このようにして、均熱板２の載置面３が凹
状で突出量ａが−４０μｍ、−２０μｍ、０μｍ、載置
面３が凸状突出量ａが１０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、
６０μｍ、８０μｍ、１００μｍのサンプルを作製し
た。

【００６０】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、この内の１枚に、熱電対
１０、１０本の導通端子７を所定の位置に形成し、同じ
くＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して
支持体１１を準備した。

【００６１】その後、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
とにより図１に示した本発明のウエハ加熱装置１とし
た。

【００６２】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８０℃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２／３の周上の６分割点６点の合計７点の温度バ
ラツキが１℃以内となることを確認した後、温度設定を
１５０℃に変更し、ウエハＷを載せてウエハＷが１５０
℃に保持されるまでのウエハ面内の温度バラツキの過渡
特性を各サンプル５サイクル調査しその最大値を測定値
とした。

【００６３】評価基準としては、ウエハ面の温度上昇時
の温度バラツキが１０℃以内であるものをＯＫとし、そ
れを越えるものはＮＧとした。また、温度が保持温度±
１℃に安定するまでの時間を測定し６０秒以下のものを
ＯＫとし、これを越えるものは、ＮＧとした。

【００６４】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００６５】

【表１】

【００６６】表１から判るように、均熱板２の載置面３
の突出量ａが１０μｍ未満であるＮｏ．１〜３と前記突
出量ａが８０μｍを越えるＮｏ．９は、８０℃から１５
０℃への昇温過渡時の温度バラツキが１０℃を越え、１
５０℃に安定するまでの時間が６０秒を越えるので好ま
しくない。これに対し、前記突出量ａが１０〜８０μｍ
となるＮｏ．４〜８は、昇温過渡時の温度バラツキが１
０℃以下であり、１５０℃に安定するまでの時間も、６
０℃以下となった。

【００６７】実施例２ここでは、均熱板２と絶縁層４となるガラスの熱膨張率
の差と、均熱板２の載置面３の突出量ａの関係を調査し
た。ガラスの熱膨張率は、熱膨張率が２．８×１０^-6ｄ
ｅｇ^-1と３．８×１０^-6ｄｅｇ^-1、４．８×１０^-6ｄｅ
ｇ^-1のガラスを適宜混合することにより調整し、実施例
１と同様にしてサンプルを作製し、突出量ａの大きさお
よび昇温過渡時の温度バラツキ、保持温度までの安定時
間を実施例１と同様にして測定した。

【００６８】また、窒化アルミニウムを主成分とし、焼
結助剤として５重量％のＹ₂Ｏ₃を含有する１ｍｍのグリ
ーンシートを５枚積層して５ｍｍにしたグリーンシート
上に、ＷＣからなる発熱抵抗体５を所望の形状に形成
し、その上に電極引出部となるＷＣからなるペーストを
充填したビアホールを形成した別のグリーンシートを５
ｍｍ分重ねて密着したものから円盤状の生成形体を切り
出し、これを窒素ガス中８００℃で脱脂したのち、１９
００〜２１００℃で焼成して円盤状の窒化アルミニウム
からなる均熱板２を得た。その後、熱膨張率が２．９×
１０^-6ｄｅｇ^-1、３．９×１０^-6ｄｅｇ^-1、４．９×１
０^-6ｄｅｇ^-1のガラスを適宜混合することにより絶縁層
４の熱膨張率を調整し、実施例１と同様にしてサンプル
を作製し、突出量ａおよび昇温過渡時の温度バラツキ、
保持温度までの安定時間を実施例１と同様にして測定し
た。

【００６９】なお、絶縁層４の厚みは、２００μｍとし
た。結果を表２に示す。

【００７０】

【表２】

【００７１】表２に示すように、ガラスの熱膨張率が均
熱板２の基材の熱膨張率に対し０．７×１０^-6ｄｅｇ^-1
よりも小さいＮｏ．６、１２は突出量ａが９０μｍとな
り、またガラスの熱膨張率と均熱板２の基材の熱膨張率
の差が０．２×１０^-6ｄｅｇ ^-1より小さいＮｏ．１、７
は、突出量ａが０μｍとなり、いずれも昇温過渡時の温
度バラツキが１０℃より大きくなり、昇温時間が６０秒
を越えて大きくなった。これに対し、ガラスの熱膨張
率を均熱板２の基材の熱膨張率に対し０．２〜０．７×
１０^-6ｄｅｇ^-1小さくなるようにしたＮｏ．２〜５、８
〜１１は、突出量ａが１０〜８０μｍとなり、昇温過渡
時の温度バラツキも１０℃以下で、前記昇温時間も６０
秒以下で、良好な特性を示すことが判った。

【００７２】実施例３直径３３０ｍｍ、厚み３ｍｍの炭化珪素板に実施例１と
同様にして絶縁層４および発熱抵抗体５を形成した。こ
の時、絶縁層４の熱膨張率を調整することにより、均熱
板２の載置面３側への突出量を＋８０μｍ、＋４０μ
ｍ、０μｍ、−４０μｍ、−８０μｍ、−１２０μｍと
調整した均熱板２を準備し、支持体１１に組み込んで給
電部６に導通端子７を押圧し、組み付けた状態で、均熱
板２の載置面３の突出量を測定した。また、こうして準
備した試料を実施例１と同様な方法で昇温特性を評価し
た。

【００７３】結果を表３に示した。

【００７４】

【表３】

【００７５】表３から判るように、均熱板２の載置面３
の突出量ａが１０μｍ未満であるＮｏ．１〜４は、８０
℃から１５０℃への昇温過渡時の温度バラツキが１０℃
を越え、１５０℃に安定するまでの時間が６０秒を越え
るので好ましくない。これに対し、前記突出量ａが１０
〜８０μｍとなるＮｏ．５〜６は、昇温過渡時の温度バ
ラツキが１０℃以下であり、１５０℃に安定するまでの
時間も、６０℃以下となった。

【００７６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、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、他方の主面もしくは内部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、前
記均熱板の載置面を凸状としたことによって、均熱板か
らウエハへの熱の伝達を良好にすることができ、ウエハ
加熱装置の昇温過渡時の均熱性を改善することができ
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】（ａ）（ｂ）は本発明のウエハ加熱装置に用い
る均熱板を示す側面図である。

【図３】ガラスの熱膨張曲線を示す図である。

【図４】従来のウエハ加熱装置を示す展開斜視図であ
る。

【図５】従来のウエハ加熱装置の部分断面図である。

【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：導通端子８：弾性体１０：熱電対１１：支持体２０：支持ピン２３：ＳｉＯ₂膜Ｗ：半導体ウエハ

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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、前記均熱板の載置面を凸状としたことを特徴とする
ウエハ加熱装置。
【請求項２】前記凸状をした載置面の突出量が１０〜８
０μｍ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】前記均熱板の載置面に、載置面に対しウエ
ハを離間して保持するための複数の支持ピンを備えたこ
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】前記セラミックスが炭化珪素、窒化アルミ
ニウム、炭化硼素、窒化硼素のいずれか一種を主成分と
するセラミックスからな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】前記均熱板と発熱抵抗体の間に、均熱板よ
りも熱膨張率が０．２〜０．７×１０^-7ｄｅｇ^-1小さい
ガラスからなる絶縁層を備えたことを特徴とする請求項
４記載のウエハ加熱装置。
【請求項６】前記均熱板を、発熱抵抗体を有する主面側
から押圧することにより、前記載置面を凸状にしたこと
を特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
【請求項７】前記均熱板の表面に熱膨張係数が小さい表
面層を備えることにより、載置面を凸状にしたことを特
徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。