JP2002141288A

JP2002141288A - ウエハ加熱装置

Info

Publication number: JP2002141288A
Application number: JP2000331422A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagasaki; 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-10-30
Filing date: 2000-10-30
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-10-30
Also published as: JP3502827B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハと均熱板の間の間隔が一定でないと、ウ
エハを載せ替えた際の昇温過渡時に、前記間隔が小さい
部分は均熱板の昇温の影響を大きく受けて速やかに温度
が高めになり、逆に前記部分が大きい部分はウエハＷの
温度が遅れ気味に上昇するので、両者の間で温度差が大
きくなるという問題があった。そして、この温度差は、
成膜バラツキや、レジスト膜の反応状態を不均一にして
しまうという問題を引き起こしていた。【解決手段】載置面に該載置面からの突出高さが０．０
５〜０．５ｍｍとなる複数の支持ピンを備え、該支持ピ
ンは載置面の中心部１点と、ウエハ径×０．６以上の略
同心円上に少なくとも３点配列され、略同心円上の支持
ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であり、かつ
前記中心部の支持ピンの突出高さは略同心円上の支持ピ
ンの突出高さより低く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装置あるいは回路基盤等のウ
エハ上に薄膜を形成したり、前記ウエ上に塗布されたレ
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、半導体薄膜の成膜装置、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２００mmから３００mmと大型化す
るにつれ、処理精度を高めるために、１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回あ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
縮や温度精度の向上が要求されていた。

【０００４】このうち、半導体ウエ上へのレジスト膜の
形成にあたっては、図４に示すような、炭化珪素、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３２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面とし、
他方の主面には酸化膜５３、絶縁層３４を介して発熱抵
抗体３５が設置され、さらに前記発熱抵抗体３５に導通
端子３７が弾性体３８により固定された構造のウエハ加
熱装置３１が用いられていた。そして、前記均熱板３２
は、支持体４１にボルト４７で固定され、さらに均熱板
３２の内部には熱電対４０が挿入され、これにより均熱
板３２の温度を所定に保つように、導入端子３７から発
熱抵抗体３５に供給される電力を調整するシステムとな
っていた。また、導入端子３７は、板状構造部４３に絶
縁層３９を介して固定されていた。

【０００５】そして、ウエハ加熱装置３１の載置面３３
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３５を発熱させることにより、均熱板３２を介
して載置面３３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾
燥焼き付けしてウエハ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３１において、
ウエハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト
膜の加熱反応状態を均質にするためには、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
ハ加熱装置において、発熱抵抗体３５の抵抗分布を調整
したり、発熱抵抗体３５の温度を分割制御したり、熱引
きを発生したりす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】しかし、いずれも非常に複雑な構造、制御
が必要になるという課題があり、簡単な構造で温度分布
を均一に加熱できるようなウエハ加熱装置が求められて
いる。

【０００８】そこで、別の手法として、特開平１０−２
２３６４２号公報には図６に示すように、均熱板５２の
載置面５３からウエハを浮かせて支持するために３個の
支持ピン５１を設置し、この位置を調整することによ
り、ウエハＷの反りを発生させることにより載置面５３
との間隔を調整し、ウエハＷの温度を均一にすることが
示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すウエハ加熱装置は、ウエハを均一に加熱するために
均熱板５２の温度分布を、ウエハＷの反りを利用して調
整するようにしているが、均熱板５２に温度分布がある
ことを前提にすると、その温度分布は面内全体に一様で
なく、ウエハＷの反りで吸収できるものは極一部に過ぎ
ない。このような温度調整をすると、例えば、ウエハ付
け替え後の昇温過渡時の温度バラツキが大きくなり、そ
の結果、昇温時の温度分布が大きくなってしまうという
課題があった。

【００１０】また、図６のようにウエハＷと均熱板３２
の間の間隔が一定でないと、ウエハＷを載せ替えた際の
昇温過渡時に、前記間隔が小さい部分は均熱板３２の昇
温の影響を大きく受けて速やかに温度が高めになり、逆
に前記部分が大きい部分はウエハＷの温度が遅れ気味に
上昇するので、両者の間で温度差が大きくなるという問
題があった。そして、この温度差は、成膜バラツキや、
レジスト膜の反応状態を不均一にしてしまうという問題
を引き起こした。

【００１１】さらに支持ピン５１の高さがばらつき、ウ
エハＷの温度分布をうまく調整できないという課題があ
った。

【００１２】そこで本発明者等は、上記の問題を解決す
るために、ウエハ加熱装置の載置面に該載置面からの突
出高さが０．０５〜０．５ｍｍとなるような複数の支持
ピンを備え、そのバラツキを１５μｍ以内とすることを
既に考案している。

【００１３】しかし、近年、ウエハは大口径化と共に、
スループットを高めるため搬送速度が向上しており、こ
のような急速搬送を行ったウエハは加速度によってウエ
ハ加熱装置に載置された瞬間にたわんでしまい、ウエハ
加熱装置表面の均熱板に接触する場合が生じてきてい
る。また、使用されるウエハは必ずしも平坦なものでな
く、反ったものも存在する。そして、数μｍ以上の反り
を持つウエハに対しては、上記方法だけでは解決不十分
であることが判った。すなわち、平坦なウエハを、静か
に載置する場合の温度分布を小さくするには、支持ピン
の突出高さのバラツキを小さくすれば良いのであるが、
急速搬送によってたわんだり、反りを有するウエハを、
ウエハ載置直後の温度分布をも小さく抑えなければなら
ないという課題があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
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、前記載置面に該載置面からの突出高さが０．０５〜
０．５ｍｍとなる複数の支持ピンを備え、該支持ピンは
積載面の中心部１点と、ウエハ径×０．６以上の同心円
上に少なくとも３点配列され、同心円上の支持ピンの突
出高さのバラツキは１５μｍ以下であり、かつ前記中心
部の支持ピンの突出高さを同心円上の支持ピンの突出高
さより低くすることにより、上記課題を解決した。

【００１５】また、前記支持ピンの先端は曲面形状をな
すとともに、その表面粗さＲａは０．８μｍ以下とする
ことが好ましいことを見出した。

【００１６】

【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。

【００１７】図１は本発明に係わるウエハ加熱装置の１
例を示す断面図であり、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼
素、窒化珪素、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とすると共に、内部に発熱抵抗体５を形成
したものである。

【００１８】発熱抵抗体５のパターンとしては、円弧状
の帯状電極部と直線上の帯状電極部とならなる略同心円
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。発熱抵抗体５は、金や銀、パラジウ
ム、白金族の金属や、タングステン、チタン、窒化チタ
ン、ニッケル等の高融点金属を使用することができる。

【００１９】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を押圧して接触させることにより、
導通が確保されている。

【００２０】さらに、均熱板２と支持体１１の外周にボ
ルトを貫通させ、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。

【００２１】また、支持体１１は板状構造体１３と側壁
部とからなり、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固定部が形成されて
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。

【００２２】そして、図２に示すように載置面３には複
数の凹部２１が形成されており、該凹部２１の中にウエ
ハＷを支えるための支持ピン２０を配置している。そし
て、前記支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈは、
０．０５〜０．５ｍｍであり、該支持ピン２０は載置面
の中心部１点に備えた支持ピン２０ｂと、ウエハ径×
０．６以上の略同心円上に少なくとも３点配列された支
持ピン２０ｃとからなり、略同心円上の支持ピン２０ｃ
の突出高さｈのバラツキは１５μｍ以下であり、かつ前
記中心部の支持ピン２０ｂの突出高さｈは略同心円上の
支持ピン２０ｃの突出高さｈより低くなるように調整さ
れている。この突出高さｈは、図３に示すように支持ピ
ン２０の先端２０ａが載置面３から突き出ている高さを
意味している。

【００２３】前記突出高さｈが０．０５ｍｍ未満となる
と、均熱板２の温度に影響されやすくなり昇温過渡時の
温度バラツキが大きくなりすぎるので好ましくない。ま
た、前記突出高さｈが０．５ｍｍを越えるとウエハＷ交
換後のウエハＷ温度の昇温応答性が悪くなり、ウエハＷ
の温度が安定するまでの時間が長くなるので好ましくな
い。これに対し、前記突出高さｈを０．０５〜０．５ｍ
ｍとすると、昇温過渡時の温度バラツキを小さくするこ
とができ、かつウエハＷの温度を速やかに安定させるこ
とができる。より好ましくは０．０５〜０．３ｍｍの範
囲がよい。

【００２４】また、ウエハ径×０．６以上の略同心円上
に支持ピン２０ｃを少なくとも３点配列したのは、ウエ
ハ径×０．６より小さく配列されていると、ウエハＷの
載置状態が不安定となり、かつ略同心円状でなければ、
前記支持ピン２０ｃによる作用点とウエハ重心が一致し
ないため、安定したウエハ載置は望めないためである。

【００２５】よって、ウエハＷを安定して支持するため
には、該支持ピン２０ｃは少なくとも３点のウエハ径×
０．６以上の略同心円外周上に配列されなければならな
い。

【００２６】なお、図２の例では略同心円上の支持ピン
２０ｃの外側に、径の大きな略同心円上の支持ピン２０
ｄ、２０ｅを備えており、１つのウエハ加熱装置１にお
いて、異なる２種類以上のウエハ径に対応することがで
きる。例えば、外径２００mmのウエハ加熱装置１でφ１
５０mmとφ２００mmのウエハに対応する場合、ウエハ加
熱装置１の前記支持ピン２０ｃ、２０ｄは、φ９０mm上
とφ１２０mm上に配列してあれば良く、前記支持ピン２
０ｃ、２０ｄは１配列上に少なくとも３点配置してあれ
ば良い。

【００２７】一方、載置面３の中心部１点にも支持ピン
２０ｂを設置したのは、ウエハＷは０．７mm程の厚みし
かなく、非常にたわみやすいため、ウエハＷを載置した
瞬間等に均熱板２表面にウエハ裏面が触れる恐れがあ
り、この時点でウエハＷの温度分布が著しく悪化してし
まったりまた、ウエハＷ自身の反りが大きく、均熱板２
に触れてしまうことを防止するためである。もちろん、
ウエハ中央部に設置された前記支持ピン２０ｂも、載置
面３からの突出高さｈは０．０５〜０．５ｍｍでなけれ
ばならない。

【００２８】さらに、中心部の支持ピン２０ｂの突出高
さｈを略同心円上の支持ピン２０ｃの突出高さｈより低
くなるようにしたのは、中央部の支持ピン２０ｂの突出
高さｈが、略同心円上の支持ピン２０ｃの高さより高く
なった場合、ウエハＷは中心部の支持ピン２０ｂによっ
て突き上げられ、安定した載置が望めないばかりか、極
端な場合はウエハＷが均熱板２から滑り落ちてしまうこ
とになるためである。

【００２９】ところで、前記略同心円上の支持ピン２０
ｃの突出高さｈのバラツキが１５μｍを越えると、ウエ
ハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、載置面３とのギャ
ップが小さい部分は均熱板２の昇温の影響を大きく受け
て温度は速やかに上昇し、逆に前記ギャップが大きい部
分はウエハＷの温度が遅れながら上昇するので、両者の
間で温度差が過大となってしまうので好ましくない。ゆ
えに、略同心円上の支持ピン２０ｃの突出高さｈのバラ
ツキは、１５μｍ以下としなければならない。

【００３０】また、図３に示すように、前記支持ピン２
０の先端２０ａは曲面形状をなすとともに、該曲面部分
の表面粗さ（Ｒａ）は０．８μｍ以下とすることが好ま
しい。なぜならば、ウエハＷに対するパーティクル付着
を低減させるためには、ウエハＷを支持する部材はウエ
ハＷを傷つけるものであってはならないことはもちろん
のこと、ウエハＷに接触する面積は少ない方が良いため
である。ウエハＷに接触する面積を極小とするには、前
記支持ピン２０の先端２０ａは鋭利形状とすべきである
が、逆にウエハＷを削り取りパーティクルを発生させる
恐れがある。よって、前記支持ピン２０の先端２０ａは
曲面形状とするとともに、該曲面部分の表面粗さ（Ｒ
ａ）は０．８μｍ以下として、ウエハＷと摺動してもウ
エハＷや前記支持ピン２０自身を傷つけないような滑ら
かな仕上げとしなければならない。

【００３１】なお、支持ピン２０は凹部２１に接合せず
に単に載置しておくだけでよい。その場合、脱落を防止
するために、図３に示すように固定治具２４を凹部２１
の上部に設置する。この固定治具２４は、支持ピン２０
とは接触しても接触しなくても特に支障はなく、固定治
具２４は市販のスナップリングを用いても何ら問題な
い。ただし、固定治具２４の材質としては、Ｎｉ、ＳＵ
Ｓ３１６、ＳＵＳ６３１、４２アロイ、インコネル、イ
ンコロイ等、耐熱金属のものを使用する。

【００３２】また、均熱板２の平坦度に関しては、１０
０μｍ以下好ましくは５０μｍ以下とすることが好まし
い。また、均熱板２を弾性的に支持体１１に保持するこ
とにより、支持体１１内の温度分布によって発生する反
りを、この弾性的構造で緩和することができるので、均
熱板２の平坦度を維持することが可能となる。

【００３３】ところで、金属製の支持体１１は、側壁部
と板状構造体１３を有し、該板状構造体１３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。

【００３４】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。

【００３５】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の温度バラツキ
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。

【００３６】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
るために温度バラツキ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
バラツキがそのまま載置面３の温度バラツキとして表れ
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。

【００３７】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
化アルミニウムのようないずれか１種以上を主成分とす
るものを使用することができる。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【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、面粗さを算術平均粗
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。

【００４６】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。

【００４７】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、樹脂の焼き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。

【００４８】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。

【００４９】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
処理し酸化膜２３を形成することで、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。

【００５０】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（ＬａＭｎＯ
₃）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き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。

【００５１】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。

【００５２】また、図示しないが、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９００〜１０００℃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。

【００５３】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、ガラスの焼き付
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】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、造粒した後成
形圧１００ＭＰａで成形し、１９００〜２１００℃で焼
成して、熱伝導率が８０Ｗ以上であり外径が２００ｍｍ
の円盤状の炭化珪素焼結体を得た。

【００５５】この焼結体の両主面に研削加工を施し、板
厚４ｍｍ、外径２００ｍｍの円盤状をした均熱板２と
し、さらに大気中で１２００℃×１時間の熱処理を施し
前記焼結体の表面に酸化膜２４を形成した。その後、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、８０℃
に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、４５０℃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４００
μｍ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
末を混合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、８０℃に加熱して
有機溶剤を乾燥させ、さらに４５０℃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３０μｍの発熱抵抗体５を形成
した。

【００５６】発熱抵抗体５は中心部と外周部を周方向に
４分割し、中央部を加えた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。

【００５７】また、均熱板２の載置面３の平坦度を４０
μｍとし、均熱板２の載置面３に、同心円上にφ８０ｍ
ｍ、φ１００ｍｍ、φ１２０mm、φ１４０mm、φ１６０
ｍｍの２〜５等配の位置および中央部に凹部２１を形成
し、同心円上の支持ピン２０は載置面３からの突出高さ
ｈを３０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３
００μｍ、４００μｍ、５００μｍとなるように設置
し、かつ前記均熱板２の中心部の支持ピン２０は同心円
上の支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈに対し、
相対的に５μｍづつ変動させたサンプルを準備した。

【００５８】また、支持体１１は、主面の４０％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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】また、支持ピン２０の載置面３からの突出
高さｈは、１μｍ精度のデプスゲージを用いて測定し
た。測定方法は、凹部２１から半径１０ｍｍの円周上の
４等分点の高さを基準に支持ピン２０の頭の高さを測定
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２００℃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、均熱板２
の同心円上の各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評価した。評価基準
としては、昇温過渡時の温度バラツキが１０℃以下のも
の、ウエハ面の温度上昇時における温度のオーバーシュ
ートが２．０℃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。なお、ここでいうオーバーシュ
ートとは、均熱板２の温度を制御してウェハWの温度を
所定の温度に制御する際に、勢い余ってその設定温度よ
り高めになってしまった温度差のことである。

【００６３】また、ウエハＷを入れ替えた際の温度が±
１．０℃に安定するまでの時間を同時に測定した。これ
については、５０秒以内に安定したものを良好とし、こ
れ以上の時間を要するものは、不良として判定した。

【００６４】それぞれの結果は表１〜３に示す通りであ
る。

【００６５】

【表１】

【００６６】表１は、支持ピン２０をウエハ径２００ｍ
ｍに対し、中心部と直径１３０ｍｍの同心円上の３等配
の位置に設置し、突出高さｈ表１から判るように、支持ピン２０の載置面３からの突
出高さｈが３０μｍと低いＮｏ．１およびＮｏ．１２
は、均熱板２からの熱をウエハＷが直接受けるため、温
度のオーバーシュートが２．３℃以上と大きくなった。
また、前記突出高さｈを６００μｍとしたＮｏ．８およ
びＮｏ．１９は、オーバーシュート量は１．０℃と小さ
くなったが、温度が±１℃の範囲に安定するまでの時間
が５５秒と遅くなってしまった。これに対し、前記突出
高さｈが５０〜５００μｍ（０．０５〜０．５ｍｍ）で
あるＮｏ．２〜７およびＮｏ．１３〜１８は、温度のオ
ーバーシュート量を２．０℃以下とし、温度が±１．０
℃に安定するまでの時間を５０秒以下とすることができ
た。しかし、搬送速度を従来比１．５倍の４０mm／秒と
したとき、前記突出高さｈを５０〜５００μｍとしたも
のの中で、均熱板２の中央に支持ピン２０を設置しなか
ったものについては、ウエハ載置直後にウエハＷがたわ
んでしまい、温度バラツキを１０℃以下とすることはで
きなかった。

【００６７】

【表２】

【００６８】表２は、同心円上の支持ピン２０ｃの配置
と、中心部の支持ピン２０ｂの突出高さｈを変化させた
ものである。なお、同心円上の支持ピン２０ｃの突出高
さｈは１００μｍで一定とし、その突出高さｈのバラツ
キは、５μｍとした。

【００６９】表２から判るように、均熱板２の中心部の
支持ピン２０ｂの突出高さｈが、同心円上の支持ピン２
０ｃの突出高さｈより高かったＮｏ．８、９は、ウエハ
Ｗが中心部の支持ピン２０ｂによって突き上げられ、ウ
エハＷの載置状態が不安定となり、温度バラツキを１０
℃以下とすることはできなかった。また、支持ピン２０
ｃが２等配の場合、ウエハＷの支持が不安定になるの
で、昇温過渡時の温度バラツキが大きくなってしまっ
た。これに対し、中心部の支持ピン２０ｂの突出高さｈ
が同心円上の支持ピン２０ｃの突出高さｈと同等もしく
は若干低くなるＮｏ．２〜７は、昇温過渡時の温度バラ
ツキが１０℃以下と小さくなり、オーバーシュート量は
２．０℃以下、温度安定時間は５０秒以下と良好な性能
が得られることが判った。

【００７０】

【表３】

【００７１】表３は、同心円上の支持ピン２０ｃの配置
を変化させたものである。なお、同心円上の支持ピン２
０ｃの突出高さｈは１００μｍで一定とし、その突出高
さｈのバラツキは、５μｍとした。

【００７２】表３から判るように、前記支持ピン２０ｃ
がウエハ径×０．６より小さい同心円上に配列されてい
るＮｏ．１、２、支持ピン２０ｃの配列が半円状、扇形
となるＮｏ．６、７は、ウエハＷの載置状態が不安定と
なり、ウエハＷ載置後の昇温過渡時の温度バラツキを１
０℃以下とすることはできなかった。これに対し、支持
ピン２０ｃがウエハ径×０．６以上の直径を有するよう
に配列されているＮｏ．３〜５は、なお、本実験は、φ
２００ｍｍ径のウエハＷを用いて行ったが、φ３００ｍ
ｍ径のウエハＷであっても同様の結果であった。

【００７３】また、本実験は、反りのないウエハＷを用
いて行ったが、反りを有するウエハＷを用いた場合も同
様の結果となった。特に、同心円上の支持ピン２０ｃに
加えてウエハＷの中心に支持ピン２０ｂを備えた場合、
ウエハＷが均熱板２に触れるのを防止でき、好適な結果
となった。

【００７４】実施例２ここでは、支持ピン２０の先端２０ａの形状と、その表
面粗さについて評価した。支持ピン２０の材質は純度９
６％以上の高純度アルミナセラミックスとし、先端２０
ａの形状を平滑形状、先端角９０度以下の鋭利形状、曲
面形状とし、該先端形状の表面粗さＲａは、０．４μ
ｍ、０．８μｍ、１．２μｍと変更し、後は、実施例１
と同様にしてサンプルを作製した。

【００７５】測定結果を、表４〜５に示した。

【００７６】

【表４】

【００７７】表４から判るように、支持ピン２０の先端
２０ａの形状がフラットであったＮｏ．１は、前記突出
高さｈのバラツキが１７μｍと非常に大きくなった。ま
た、支持ピン２０の先端２０ａの形状が鋭利であったＮ
ｏ．２、３は、ウエハＷを載置したときにウエハＷの裏
面を削り取ることによるパーティクルの発生がみられ
た。

【００７８】これに対し、支持ピン２０の先端２０ａの
形状が曲面形状であったＮｏ．４は、前記突出高さｈの
バラツキが小さく、しかもウエハＷの裏面を削ることも
なく、安定したウエハ載置が得られた。

【００７９】

【表５】

【００８０】表５から判るように、支持ピン２０の先端
２０ａの表面粗さＲａが１．２μｍ以上であったＮｏ．
１、２は、ウエハＷが載置されるときにウエハＷの裏面
を削り取ることによるパーティクルの発生がみられた。

【００８１】これに対し、支持ピン２０の先端２０ａの
表面粗さＲａが０．８μｍ以下であったＮｏ．３、４
は、ウエハＷの裏面を削ることによるパーティクルの発
生もなく、安定したウエハ載置が得られた。

【００８２】

【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
記載置面に該載置面からの突出高さが０．０５〜０．５
ｍｍとなるようなウエハを支える複数の支持ピンを備
え、該支持ピンはウエハ中心部１点と、さらに少なくと
も３点のウエハ径×０．６以上の略同心円上に配列さ
れ、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは１５
μｍ以下であり、かつ該中央部の支持ピン高さは外周上
の支持ピン高さより低くし、前記支持ピンの先端は曲面
形状をなすとともに、該円弧部分の表面粗さはＲａ≦
０．８μｍとすることにより、ウエハを交換した際のウ
エハ温度の昇温過渡時のオーバーシュートを１０℃以下
に小さくし、オーバーシュート量を小さくするととも
に、所定温度±１℃にウエハ温度が安定するまでの時間
を短縮することが可能となる。

【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）は、本発明のウエハ加熱装置の均熱板の
平面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。

【図３】本発明のウエハ加熱装置の支持ピン載置部の断
面図である。

【図４】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。

【図５】従来のウエハ加熱装置の均熱板を示す断面図で
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：導通端子
８：弾性体１０：熱電対１１：支持体２０：支持ピン２
１：凹部２４：固定治具ｈ：突出高さＷ：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、前記載置面に該載置面からの突出高さ
が０．０５〜０．５ｍｍとなる複数の支持ピンを備え、
該支持ピンは載置面の中心部１点と、ウエハ径×０．６
以上の直径を持つ略同心円上に少なくとも３点配列さ
れ、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは１５
μｍ以下であり、かつ前記中心部の支持ピンの突出高さ
は略同心円上の支持ピンの突出高さより低いことを特徴
とするウエハ加熱装置。
【請求項２】前記支持ピンの先端が曲面形状をなすとと
もに、その表面粗さ（Ｒａ）が０．８μｍ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。