JP2002110524A

JP2002110524A - ウエハ加熱装置

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Publication number: JP2002110524A
Application number: JP2000301417A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Tanaka; 智田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-12
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP4025497B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ加熱装置における均熱板２の温度調整用
に使用する熱電対１０を均熱板２に挿入しただけの取付
構造では、測定温度がばらついたり、均熱を良くするた
めに熱容量を大きくすると測温の応答速度が遅くなると
いう問題があった。【解決手段】セラミックスからなる均熱板２の一方の主
面をウエハの載置面３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５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２に形成された凹部２１
にシース型熱電対１０の測温部を配置し、金属製チップ
２２および押さえ治具２４により前記測温部を押圧固定
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】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、図１に示すような、窒化アルミニウ
ムやアルミナ等の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とし、他方の主面
には絶縁層４を介して発熱抵抗体５および給電部６が設
置され、さらに弾性体８により導通端子７が給電部６に
押圧固定された構造のウエハ加熱装置１が用いられてい
た。そして、前記均熱板２は支持体１１にボルト１７に
より固定され、さらに均熱板２の内部には熱電対１０が
挿入され、これにより均熱板２の温度を所定の温度に保
つように、導通端子７から発熱抵抗体５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７
は、板状構造部１３に絶縁層９を介して固定されてい
た。

【０００５】そして、ウエハ加熱装置１の載置面３に
は、凹部２１に挿入された支持ピン２０が設置されてお
り、ウエハＷを載置面３に載せた際にウエハＷが載置面
３から非接触となるようにしている。そして、該支持ピ
ン２０上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５を発熱させることにより、均熱板２を
介して載置面３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】また、均熱板２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
スが用いられていた。

【０００７】また、熱電対１０の取付構造については、
特開平９−４５７５２号公報に、均熱板２の温度を正確
に制御するために、熱電対１０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。図６を用いて構造を
説明すると、金属製の均熱板６２のウエハ載置面６３近
傍に測温素子６４が挿入されている。この測温素子６４
は、Ｐｔからなる測温抵抗体６６が保護管６５の中に前
記載置面に対し平行となるように設置されリード線６７
が結線されている。さらに保護管６５内の空所には伝熱
セメント６８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６２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と
されていた。

【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において、図６に示すような測温
素子６４の取付構造では、測温素子６４を均熱板６２に
挿入しただけであるため、測定温度がばらついたり、均
熱を良くするために熱容量を大きくすると測温の応答速
度が遅くなるという問題があった。特に、発熱抵抗体を
複数のブロックに分割して温度制御する場合、ブロック
毎の測温素子６４の測定温度がばらつくと、ブロック毎
の制御が不均一となり、均熱板６２の温度が一定になる
までに時間が掛かるという問題があった。

【０００９】特に、ウエハＷを均熱板６２上に差し替え
した際に温度が安定するまでの過渡特性、ウエハ面内の
温度バラツキが、レジストを乾燥する際に重要である。
この乾燥の管理がレジストをエッチングするときのエッ
チング性に大きく影響し、乾燥管理が不十分であると、
均一なパターンを形成できなくなるからである。

【００１０】

【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であって、前記均熱板に形成さ
れた凹部にシース型熱電対の測温部を配置し、金属製チ
ップおよび押さえ治具により前記測温部を押圧固定した
ことを特徴とするウエハ加熱装置において、前記シース
型熱電対を、多孔性の熱伝導率６５Ｗ／ｍ・℃以上の金
属体を介して前記均熱板の凹部に押圧固定することによ
り、上記課題を解決できることを見出した。

【００１１】

【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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】また、発熱抵抗体５には、金や銀、パラジ
ウム、白金等の材質からなる給電部６が形成され、該給
電部６に導通端子７を弾性体８を介して押圧固定するこ
とにより、導通が確保されている。

【００１５】さらに、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１
８を介在させてナット１９を螺着することにより支持体
１１に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Ｗ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。

【００１６】また、支持体１１は複数の層から構成され
た板状構造体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。

【００１７】さらに、図２〜５を用いて本発明の実施形
態を詳細に説明する。図２は、均熱板２を発熱抵抗体５
側から見た平面図であり、均熱板２には各発熱抵抗体５
ブロックの内部に熱電対１０を保持する部分に凹部２１
が形成されている。そして、該凹部２１には、図３に示
すように多孔質の金属体２３を介して熱電対１０の測温
部を配置し、熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属製
チップ２２と押さえ治具２４を介して支持棒２５により
弾性的に押圧保持した構造となっている。また、弾性的
な押圧力は弾性体２６により調整されている。

【００１８】前記金属体２３は、銀、銅、金、アルミニ
ウム、ニッケルのような高熱伝導率の材料の少なくとも
一種からなり、金属粉末もしくは金属繊維を成形もしく
はさらに焼結させることにより、熱伝導率が６５Ｗ／ｍ
・Ｋ以上となるように調整されている。

【００１９】また、金属体２３として、金属繊維を織っ
て網状構造体とし、これを金属体２３として使用しても
いい。また、金属繊維の隙間に銀、銅、金、アルミニウ
ムの少なくとも一種からなる金属粉末および／または金
属繊維を充填し、必要に応じて焼結させることも可能で
ある。この場合、網状構造体としてニッケルや白金のよ
うに比較的熱伝導率が低い材料を用いることも可能であ
る。

【００２０】また、網目構造体の隙間に充填する金属粉
末および／または金属繊維は、平均粒径もしくは断面平
均径が２μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上の粗い
ものを使用することが望ましい。これは、焼結した金属
粉末および／または金属繊維間の接触面積を大きくして
熱伝導を良くするためである。金属粉末および／または
金属繊維の焼結については、これらを構成する金属の融
点の６０％以上の温度で熱処理することにより結合させ
る。これにより、金属粉末および／または金属繊維が、
金属体２３から剥離してパーティクルとなり、ウエハに
対し悪影響を与えることを防止することができる。

【００２１】また、金属体２３の熱処理について、焼き
なまし処理することにより、金属体２３の可撓性を高
め、凹部２１および熱電対１０との接触の信頼性を向上
させることができる。金属体２３の厚みは、１ｍｍ以下
とすることが好ましい。金属体２３の厚みが１ｍｍを越
えると、熱容量が大きくなるため温度変化に対する応答
性が悪くなってしまう。また、熱電対１０に接触する部
分に熱電対１０の形状に沿った溝を作製し接触が良くな
るようにすると、さらに好ましい。

【００２２】網状構造体は、たとえば平織りや綾織にす
ることが可能である。また、網状構造体は、一度プレス
成形して凹部２１の底面に対する接触面積を稼ぐように
することが熱伝導を向上させる上で好ましい。また、凹
部２１の底面および熱電対１０との接触を向上させるた
めに、網状構造体の上下面に金属箔を貼り付けた構造と
することも可能である。この金属箔としては、金属体２
３と同様に、銀、銅、金、アルミニウム、ニッケル等の
材質からなるものを使用することができる。

【００２３】ここで、金属体２３を多孔性としたのは、
金属体２３に、より有効に可撓性を持たす為である。た
だし、熱伝導率を６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが必要
である。金属体２３の気孔率の好ましい範囲は１０〜６
０％程度、さらに好ましくは３０〜５０％とすることが
良い。

【００２４】また、図４（ａ）に示すように、金属製チ
ップ２２の表面２２ａに溝が形成されており、この溝に
シース型の熱電対１０の先端測温部を埋め込んだ構造と
することが好ましい。この際、金属製チップ２２の表面
２２ａから少し熱電対１０が突き出た構造とする方が均
熱板２への押圧を確実にするために好ましい。

【００２５】図４（ｂ）に示したように金属製チップ２
２の表面２２ａに熱電対１０が完全に飛び出している
と、熱電対の保持が不安定で、測定温度がばらついてし
まう。

【００２６】上記のように熱電対１０を埋め込んだ金属
製チップ２２の表面２２ａ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、凹部２１の底面側から金属製チップ２２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、バラツキを小さくすることが
できる。

【００２７】前記凹部２１の深さは、均熱板２の厚みの
２／３程度とすることが好ましい。また、前記凹部２１
の大きさは、２〜５ｍｍφとすることが好ましい。該凹
部２１の大きさが２ｍｍφ未満となると、熱電対１０の
測温部に均熱板２と平行となる部分を形成できないの
で、熱電対１０間で測定温度がばらついてしまう。ま
た、該凹部２１の大きさが５ｍｍφを越えると、発熱抵
抗体５間のギャップが大きくなり、ウエハＷ表面の温度
分布が大きくなるので好ましくない。

【００２８】熱電対１０としては、外径が０．５〜１．
５ｍｍのシース型熱電対を用いる。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。

【００２９】また、熱電対１０の外径が１．５ｍｍを越
えて太くなると、温度変化に対し応答が遅くなると同時
に、熱電対１０部分が固くなり、熱電対１０に応力がか
かった際に熱電対１０が浮き上がる場合があり、正確な
温度が測定できなくなる。また、熱電対１０は、可能で
あればさらに外径を細くすることが好ましい。

【００３０】また、金属製チップ２２の熱伝導率は、均
熱板２の熱伝導率に対し４０〜１７０％の範囲となるこ
とが好ましい。金属製チップ２２の熱伝導率が均熱板２
の熱伝導率に対し４０％未満であると、金属製チップ２
２の温度上昇が遅れるので、熱電対１０の指示温度の上
昇が遅れ、これにより、ウエハＷ温度がオーバーシュー
トしてしまう。また、逆に前記熱伝導率が１７０％を越
えると、熱電対が指示する温度が早く上昇するので、発
熱抵抗体への電力供給が早めに遮断されるようになるの
で、所定温度に安定するのに多くの時間を要してしま
う。

【００３１】また、金属製チップ２２は、前記凹部２１
の内径より若干小さな外径で、且つ凹部２１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２２の後
端が凹部２１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２１の側面からの熱伝導
を極力抑えるため、前記金属チップ２２を前記凹部２１
の側面に接触しないように設置することが好ましい。

【００３２】さらに、押さえ治具２４に要求される性能
は、発熱抵抗体５の発熱による熱が押さえ治具２４側か
ら金属チップ２２への直接伝わることを抑制すると同時
に、金属チップ２２を押圧固定する点にある。そこで、
押さえ治具２４としては、均熱板２の表面に形成した発
熱抵抗体５の発熱による影響を小さくするため、熱伝導
率が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料を用いる。これが、押さ
え治具２４の熱伝導率が５０Ｗ／ｍ・Ｋを越えるものと
なると、発熱抵抗体５からの熱を金属チップに伝達し、
熱電対の指示温度が早く上昇するためウエハＷの加熱時
間が不足し、温度が安定するのに時間を要してしまうた
めである。具体的には、アルミナ、ジルコニア、ムライ
ト、コージライト等のセラミック材料やステンレスから
なるものを使用することが可能である。

【００３３】さらに、熱電対１０を弾性的に押圧するた
めの弾性体２６の形状としては、図３、４に示したよう
にコイルバネ状のものや、例えばＶ字型、Ｕ字型、Ｗ字
型に曲げられた板バネを用いることができる。弾性体２
６の材質としては、インコネル、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合
金、ステンレス等の材質からなるものを使用することが
可能である。また、２００℃以下の低温領域で使用する
場合は、テフロン（登録商標）等の材質からなる樹脂製
の弾性体２６を使用することも可能である。

【００３４】このように、熱電対１０を弾性的に押圧す
ることにより、異常が発生した場合の交換が容易であ
り、使用中の熱サイクルにより各構成要素間の熱膨張差
が原因で発生する熱応力を容易に緩和することができ
る。熱応力の緩和は、熱電対の耐久性向上にも寄与す
る。

【００３５】これらの弾性体２６で熱電対１０を凹部２
１に押圧固定する軸力は、５Ｎ以上、さらに好ましくは
１０Ｎ以上とする。もし、この押圧力が５Ｎより小さい
と、使用中の温度サイクルによる膨張収縮により移動し
た熱電対１０の位置が元の位置に戻りにくくなり、測定
温度のバラツキが大きくなるという不具合が生じる。

【００３６】そして、金属チップ２２と押さえ治具２
４、支持棒２５には、図５に示すように、それぞれの接
触部に回転防止用の凸部２７と凹部２８を相互にかみ合
うように形成することにより、熱電対の回転を抑えるこ
とが可能となる。

【００３７】なお、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個々の設置条件
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。

【００３８】さらに、図１において、金属製の支持体１
１は、側壁部と板状構造体１３を有し、該板状構造体１
３には、その面積の５〜５０％にあたる開口部が形成さ
れている。また、該板状構造体１３には、必要に応じて
他に、均熱板２の発熱抵抗体５に給電するための給電部
６と導通するための導通端子７、均熱板２を冷却するた
めのガス噴出口、均熱板２の温度を測定するための熱電
対１０を設置する。

【００３９】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。

【００４０】このとき、本発明によれば、均熱板２を炭
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、薄い板厚でも発熱抵抗体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。しかも、大気中の水
分等と反応してガスを発生させることもないため、半導
体ウエハＷ上へのレジスト膜の貼付に用いたとしても、
レジスト膜の組織に悪影響を与えることがなく、微細な
配線を高密度に形成することが可能である。

【００４１】ところで、このような特性を満足するに
は、均熱板２の板厚を１ｍｍ〜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。

【００４２】また、以上詳述した本発明のウエハ加熱装
置において、図１に示すように、均熱板２の表面に絶縁
層４を介して発熱抵抗体５を形成し、発熱抵抗体５を露
出させてあることから、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。

【００４３】また、均熱板２を形成するセラミックスと
しては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒
化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分とするもの
を使用することができる。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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】炭化珪素質焼結体からなる均熱板２の表面
に絶縁層４を形成する場合、予め表面を酸化処理するこ
とにより、０．０５〜２μｍ厚みのＳｉＯ₂からなる酸
化膜１２を形成したのち、さらにその表面に絶縁層４を
形成するまた、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。

【００５２】次に、絶縁層４に樹脂を用いる場合、その
厚みが３０μｍ未満では、耐電圧が１．５ｋＶを下回
り、絶縁性が保てなくなるとともに、発熱抵抗体５にレ
ーザ加工等によってトリミングを施した際に絶縁層４を
傷付け、絶縁層４として機能しなくなり、逆に厚みが１
５０μｍを越えると、樹脂の焼付け時に発生する溶剤や
水分の蒸発量が多くなり、均熱板２との間にフクレと呼
ばれる泡状の剥離部ができ、この剥離部の存在により熱
伝達が悪くなるため、載置面３の均熱化が阻害される。
その為、絶縁層４として樹脂を用いる場合、絶縁層４の
厚みは３０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが好
ましく、望ましくは６０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成
することが良い。

【００５３】また、絶縁層４を形成する樹脂としては、
２００℃以上の耐熱性と、発熱抵抗体５との密着性を考
慮すると、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポ
リアミド樹脂等が好ましい。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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９００〜１０
００℃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。

【００５８】上記絶縁層４を形成するガラスの特性とし
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２０℃〜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。

【００５９】また、金属体２３の熱伝導率は、レーザー
フラッシュ法を用いて緻密体の熱伝導率を測定し、気孔
率を差し引いた充填率を掛けることにより熱伝導率を計
算した。

【００６０】

【実施例】実施例１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４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５
０μｍの発熱抵抗体５を形成し、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。

【００６１】また、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。その後、図３
に示すように、各ブロックの中心に４ｍｍφで深さ２ｍ
ｍの穴２１を形成し、金属体２３を介して発熱抵抗体５
の温度調整用の熱電対１０を設置し、さらにその上から
金属チップ２２、押さえ治具２４、指示棒２５を用いて
弾性体２６のバネ性により熱電対１０を固定する構造と
した。

【００６２】前記金属体２３は、銀、銅、金、アルミニ
ウム、ニッケル、白金、錫の粉末を成形圧９．８×１０
⁷Ｐａ（１ｔｏｎ／ｃｍ²）でプレス成形して得た３ｍｍ
φ×０．５ｍｍ厚の成形体を準備し、真空中で各金属の
融点の９０％相当の温度で熱処理し徐冷して金属体２３
とした。

【００６３】また、支持体１１は、主面の３０％に開口
部を形成した厚み２．５ｍｍのステンレスからなる２枚
の板状構造体１３を準備し、この内の１枚に、熱電対１
０、１０本の導通端子７を所定の位置に形成し、同じく
ステンレス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。

【００６４】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。

【００６５】さらに、転写法により金ペーストからなる
給電部６を形成し、９００℃で焼き付け処理した。その
後、バネを有する導通端子７を装着した支持体１１にそ
の外周部を弾性体８を介してネジ締めした。

【００６６】そして、比較例として図６に示した従来の
タイプのウエハ加熱装置、本発明と同様の構造で炭化珪
素質セラミックスからなる均熱板２に、均熱板２の厚み
の２／３の深さの４．５ｍｍφの凹部を形成し、金属体
２３を用いずに熱電対１０を固定したサンプルを作製し
た。

【００６７】そして、このようにして得られた本発明実
施例及び比較例の１０種類のウエハ加熱装置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点の温度バラツキが１℃以
内となることを確認した後、１５０℃に３０分保持した
のち、ウエハＷを載置面２に載せて温度が１５０℃±
０．５℃に安定するまでの昇温時間を各サンプル５サイ
クル調査しその最大値を測定値とした。

【００６８】評価基準としては、ウエハ面の温度上昇時
の温度が１５０℃±０．５度に安定するまでの時間が５
０秒以内であるものをＯＫとし、それ以上となるものは
ＮＧとした。

【００６９】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００７０】

【表１】

【００７１】表１から判るように、金属体２３の熱伝導
率が６５Ｗ／ｍ・Ｋ未満となったＮｏ．７、８および金
属体２３を使用しないＮｏ．１０、従来のタイプのＮ
ｏ．１１は、ウエハ温度が安定するまでの時間が５０秒
を越えるため好ましくない。これに対し、金属体２３の
熱伝導率が６５Ｗ／ｍ・Ｋを越えるＮｏ．１〜６および
Ｎｏ．９は、ウエハの温度が安定するまでの時間が５０
秒以下と小さく良好であった。

【００７２】実施例２ここでは、金属体２３としてＡｇ（熱伝導率４２０Ｗ／
ｍ・Ｋ）、Ｃｕ（熱伝導率４１３Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｕ
（熱伝導率２９７Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ａｌ（熱伝導率２０３
Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｎｉ（熱伝導率８４Ｗ／ｍ・Ｋ）、Ｐｔ
（熱伝導率６９Ｗ／ｍ・Ｋ）、ステンレス（熱伝導率４
０Ｗ／ｍ・Ｋ）からなる網状構造体を用いて、実施例１
と同様の評価をした。金属体２３は、窒素ガス中等の不
活性雰囲気中で徐冷して軟化させたものを成形圧４．９
×１０７Ｐａで加圧し、還元雰囲気中、それぞれの融点
の９０％の温度で燒結させ、徐冷して金属体２３とし
た。また、金属部分の体積分率は、金属体２３の厚みと
面積から得られた体積と、金属体２３の重量を比重で除
して求めた体積の比から求めた。

【００７３】結果を表２に示した。

【００７４】

【表２】

【００７５】表２から判るように、金属体２３の熱伝導
率が６５Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるＮｏ．５、６は、ウエハ
の温度が安定するまでの時間が５０秒を越えるため好ま
しくない。これに対し、金属体２３の熱伝導率が６５Ｗ
／ｍ・Ｋ以上となるＮｏ．１〜４は、ウエハの温度が安
定するまでの時間が５０秒以下と良好な昇温特性を示し
た。

【００７６】実施例３実施例２で用いた金属からなる網状構造体の隙間に、Ａ
ｇからなる金属粉末を充填し、成形圧９．８×１０⁷Ｐ
ａ（１ｔｏｎ／ｃｍ²）でプレス成形した後、８５０℃
で熱処理して金属粉末を焼結させたのち徐冷して、金属
体２３を作製した。

【００７７】該金属体２３の熱伝導率は、一般的な測定
手法では求められないので、以下の方法で計算により求
めた。まず、網状構造体の熱伝導率を実施例２の手法に
より求め、全体重量から網状構造体の重量を差し引くこ
とにより金属粉末の重量を求め、さらに金属粉末の比重
と網状構造体の体積で除することにより金属粉末の体積
分率を求めた。そして、金属粉末の熱伝導率に体積分率
を掛算することにより金属粉末部分の熱伝導率を求め
た。こうして求めた網状構造体の熱伝導率と金属粉末の
熱伝導率を足したものを、金属体２３の熱伝導率とし
た。

【００７８】このようにして得た金属体２３を用いて、
実施例１と同様な方法で昇温過渡時の温度バラツキを調
査した。結果を表３に示した。

【００７９】

【表３】

【００８０】表３に示したように、網状構造体と金属粉
末を組み合わせて一体化した金属体２３の熱伝導率が６
５Ｗ／ｍ・Ｋを越えるように調整したＮｏ．１〜６は、
５０秒以下の良好な昇温時間となった。

【００８１】

【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であって、前記均熱板に形
成された凹部にシース型熱電対の測温部を配置し、金属
製チップおよび押さえ治具により前記測温部を押圧固定
したことを特徴とするウエハ加熱装置において、前記シ
ース型熱電対が、多孔性の熱伝導率６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上
の金属体を介して前記均熱板の凹部に押圧固定されるよ
うにすれば、ウエハ温度が１５０℃になるように温度保
持した均熱板上にウエハを載置した際のウエハ温度が、
１５０℃±０．５℃に安定するまでの時間を５０秒以下
に短縮することができるようになった。

【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の均熱板を示す平面図
である。

【図３】本発明のウエハ加熱装置の熱電対設置部を示す
断面図である。

【図４】（ａ）は本発明のウエハ加熱装置の熱電対を保
持した金属チップの断面図であり、（ｂ）はその比較例
である。

【図５】本発明のウエハ加熱装置の熱電対設置部を示す
他の断面図である。

【図６】従来のウエハ加熱装置の熱電対設置部を示す断
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２２：金属チップ２３：金属体２４：押さえ治具２５：支持棒Ｗ：半導体ウエハ

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であっ
て、前記均熱板に形成された凹部に熱伝導率６５Ｗ／ｍ
・Ｋ以上の多孔性金属体を介してシース型熱電対の測温
部を配置し、金属製チップおよび押さえ治具により前記
測温部を押圧固定したことを特徴とするウエハ加熱装
置。
【請求項２】前記金属体が銀、銅、金、アルミニウム、
ニッケルの少なくとも一種の粉末および／または繊維の
成形体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３】前記金属体が銀、銅、金、アルミニウムの
少なくとも一種の網状構造物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４】前記金属体が銀、銅、金、アルミニウム、
ニッケル、白金の少なくとも一種の網状構造体と、その
隙間に充填した銀、銅、金、アルミニウムの少なくとも
一種の粉末と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】前記押さえ治具が、筒状体または切り欠き
を有する柱状体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６】前記金属製チップ、押さえ治具、及びこれ
らを押さえる支持棒の各接触部に回転防止用の溝と突起
が形成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。