JP2002164291A

JP2002164291A - ウエハ加熱装置

Info

Publication number: JP2002164291A
Application number: JP2000361754A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shiyoku; 浩触
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-28
Also published as: JP3771795B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ加熱装置における均熱板の温度調整用に
使用する熱電対を均熱板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くという
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、前記均熱板の他方の主面に断面積、深
さ、を規定した凹部を設け、素線径を規定した熱電対を
挿入し、充填材で接着固定する。

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】このうちウエハ上へのレジスト膜の形成に
あたっては、図８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３２の一方の主
面を、ウエハＷを載せる載置面３３とし、他方の主面に
は絶縁層３４を介して発熱抵抗体３５および給電部３６
が設置され、さらに弾性体３８により導通端子３７が給
電部３６に押圧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により固定され、さらに均熱板３２の内部
には測温素子４０が挿入され、これにより均熱板３２の
温度を所定の温度に保つように、導通端子３７から発熱
抵抗体３５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
には、凹部４５に挿入された支持ピン４４が設置されて
おり、ウエハＷを載置面３３に載せた際にウエハＷが載
置面３３から非接触となるようにしている。そして、該
支持ピン４４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た。

【０００７】また、図９に示す測温素子６４の取付構造
については、特開平９−４５７５２号公報に、均熱板６
２の温度を正確に制御するために、測温素子６４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
９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６３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９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
度が遅くなるく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、近年半導体配線の微細化の為に用い
られるようになってきた化学増幅型レジストの熱処理に
於いては、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、露光後のレジストの化学増幅処理に極めて重要
であり、従来に増して、緻密かつ応答性の良い温度制御
が必要となってきている。しかしながら、図９に示され
るような構造では、測温素子の測温体部に保護管や充填
材など付帯し熱容量が大きくなる上に均熱板の凹部に挿
入しただけの構造であるために空隙の存在による応答性
の低下は避けられず、上記ウエハ加熱時の過渡的な温度
バラツキや温度安定までにかかる時間などに問題があっ
た。

【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において、前記均熱板の他方の
主面に、開口部面積１．０ｍｍ²〜３０ｍｍ²、深さｄが
均熱板の厚みｔに対しｔ／４≦ｄ≦３ｔ／４となる凹部
を具備し、素線径０．０５〜１．０ｍｍで、先端部に測
温接点を備えた熱電対を上記凹部に挿入し、かつ充填材
により接着固定することにより課題を解決できることを
見出した。

【００１１】また、前記熱電対の測温接点と凹部底面と
の距離Ｌを、０≦Ｌ≦１．０ｍｍとすることにより更に
改善することを見いだした。

【００１２】また、前記凹部の底面部の面積を開口部の
面積以上とすることにより、上記課題を更に改善するこ
とを見出した。

【００１３】

【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。

【００１４】図１は本発明に係るウエハ加熱装置１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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】さらに、図２〜７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
すように熱電対１０の測温部を配置し、充填材２２等に
より充填保持されている。

【００２０】熱電対１０の材質については、Ｐｔ／Ｒｈ
−Ｐｔ／Ｒｈ系、Ｐｔ／Ｒｈ−Ｐｔ系、Ｎｉ／Ｃｒ／Ｓ
ｉ−Ｎｉ／Ｓｉ／Ｍｇ系、Ｎｉ／Ｃｒ−Ａｌ／Ｍｎ系、
Ｎｉ／Ｃｒ−Ｃｕ／Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｃｕ／Ｎｉ系、Ｗ−
Ｒｅ系等が使用可能であり、使用雰囲気や温度に対して
適切なものを選定すればよい。例えば、大気中３００℃
以下で用いるような場合には、Ｎｉ／Ｃｒ−Ａｌ／Ｍｎ
系やＰｔ／Ｒｈ−Ｐｔ系やＮｉ／Ｃｒ−Ｃｕ／Ｎｉ系等
が望ましく、還元性雰囲気下においては、Ｆｅ−Ｃｕ／
Ｎｉ系等が望ましい。

【００２１】また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、
熱電対１０の先端部には、測温接点１０ｂが形成されて
いる。測温接点１０ｂは、測温検知のバラツキを小さく
するために、レーザー溶接等により溶融接合し均一な形
状で形成することが望ましい。測温接点以降について
は、素線同士の接触による測温障害を防止するために適
当な角度で引き出されているが、測温接点１０ｂ以外か
らの受熱を避けるため凹部１２に接触しない程度の角度
にすることが望ましい。

【００２２】また、素線同士の接触による測温障害を防
ぐ為、測温接点以降は適当な角度をつけて、素線同士が
接触しないように設置することも重要である。また、素
線自体に樹脂コート・ガラスコート・セラミックコート
等の絶縁材料をコーティングしたものを用いることも有
効である。また、必要に応じて、充填保持部以降に絶縁
スリーブ等を用いても良い。

【００２３】また、充填材２２で保持していない部分に
ついては、絶縁性のスリーブ２３等で保護することが望
ましい。また、素線自体にもガラスコートやセラミック
コート等の絶縁被覆を施したものを使用することも可能
である。

【００２４】図５に各部の詳細を示す。

【００２５】前記凹部２１の開口部の面積は、１ｍｍ²
〜３０ｍｍ²とすることが望ましい。該凹部２１の開口
部の面積が１ｍｍ²より小さいと熱電対１０の設置及び
充填材２２の充填にムラが生じ易く測温がばらついてし
まう。また、３０ｍｍ²より大きいと、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。

【００２６】また、凹部２１の深さｄは、均熱板２の厚
みｔに対し１／４ｔ≦ｄ≦３／４ｔとすることが望まし
い。該深さｄが１／４ｔより小さいとウエハ載置面との
距離が大きくなるため測温にずれが生じ、ウエハを目的
の温度に昇温させられない。また、３／４ｔより大きく
なると逆に温度のオーバーシュートが大きくなりすぎる
ため望ましくない。

【００２７】更に、凹部２１に挿入設置する熱電対１０
の素線径は、０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ、さらに好まし
くは０．１〜０．５ｍｍとすることが望ましい。素線径
が０．０５ｍｍより細いと、強度がなく取り扱いが安定
しない為、該凹部２１への組み付けの際に位置ずれを起
こし易く安定した設置が行えず好ましくない。また、
１．０ｍｍより太いと、熱電対１０自体の熱容量が大き
くなりすぎる為、素線を通しての熱引きが大きくなり温
度検知に遅れが生じ、オーバーシュートが大きくなり過
ぎるため好ましくない。

【００２８】また、熱電対として、０．５ｍｍφ以下の
外径のシース型熱電対を上記のような方法で固定するこ
とも可能である。

【００２９】更に、凹部２１に熱電対１０を保持するた
めに用いる充填材２２は、主成分がアルミナ系、窒化ア
ルミ系、グラファイト系、ジルコニア系等、窒化硼素系
の無機系接着剤や主成分がポリイミド系等の有機系接着
剤のいずれを用いてもよいが、使用温度や環境に応じて
適切なものを選択して使用する。選択基準としては均熱
板２との濡れ性、熱膨張率が重要であり、熱膨張率につ
いては、均熱板２の熱膨張係数に対して５０％〜２００
％の範囲のものがより望ましい。また、充填について
は、充填後常温でしばらく放置し脱泡を行うなどして、
気泡の巻き込みが生じないように充填することが望まし
い。

【００３０】また、充填材２２として樹脂を用いた場
合、粉末を分散したタイプの充填材２２に較べ流動性が
いいので、充填時の作業性がよくなる。また、高熱伝導
性かつ電気絶縁性のフィラーを分散させると、熱伝導性
も改善できる。樹脂の種類としては、ポリイミド、ポリ
イミドアミド、ポリアミドイミド等の耐熱温度が３００
℃以上の樹脂を用いることが好ましい。これに対し、耐
熱温度が２００℃以下のエポキシ樹脂、シリコン樹脂等
を用いた場合、固着強度は高いが使用中に樹脂が炭化し
て脆くなり、熱電対が剥離して正確な温度が測定できな
くなる。

【００３１】また、上記のような樹脂を用いる場合、図
６（ｂ）に示すように厚みｔを０．１〜３ｍｍとするこ
とが好ましい。該厚みｔが３ｍｍを越えると、樹脂を硬
化させるときの収縮により樹脂からなる充填材２２が剥
離したり、硬化中に樹脂が結晶化してイミド化が不完全
となり劣化しやすくなるので好ましくない。また、０．
１ｍｍ以下では、樹脂膜の強度が不足して、使用中の熱
サイクルにより熱電対が外れてしまう。

【００３２】また、凹部２１の底面と熱電対１０の測温
接点１０ｂとの距離Ｌが、０≦Ｌ≦１．０ｍｍであるこ
とがより望ましい。距離Ｌが１ｍｍをこえると温度検知
の応答性が遅れオーバーシュートが大きめになるが、
１．０以下とすることで、オーバーシュートがより小さ
くなる。

【００３３】また、凹部２１の形状は、図６（ｂ）に示
すように底面部の面積Ｓ１を開口部の面積Ｓ２以上とす
ることが望ましい。もし、図６（ａ）に示すように底面
部の面積Ｓ１が開口部の面積Ｓ２よりも小さいと、昇温
降温の繰り返しにより、均熱板２と充填材２２の熱膨張
差により充填材２２が抜ける方向に動き、温度検知が鈍
くなりオーバーシュートが大きくなってしまう。

【００３４】あるいは、図７に示すように、凹部２１の
底面部から開口部の間に開口部より面積の大きい段部２
３を形成しておくこともできる。また、図７には、段部
２３が凹面になった例を示したが、段部２３は、凸面で
あっても構わない。このように加工すれば、段部２３が
充填材のアンカーの作用をし、充填材２２が外れてしま
うような不具合を防止できる。

【００３５】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の個々の設置条
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。

【００３６】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。

【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】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。

【００３９】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現れ
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。

【００４０】また、以上詳述した本発明のウエハ加熱装
置１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。

【００４１】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。

【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５００μｍ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〜５００μｍの範囲で形成する
ことが好ましく、望ましくは１５０μｍ〜４００μｍの
範囲で形成することが良い。

【００４９】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、０．０１〜２μｍ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。

【００５０】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４
００μｍ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〜４００μｍの範囲で形成することが好
ましく、望ましくは６０μｍ〜２００μｍの範囲で形成
することが良い。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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
と同一の材質もしくは発熱抵抗体５のマトリックス成分
と同等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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】

【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５
０μｍ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】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、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。

【００５９】その後、前記支持体１１の上に、発熱パタ
ーン形成部の略中央部に該凹部２１を形成し、熱電対１
０を設置し、無機系の充填材で保持固定した均熱板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】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。

【００６１】そして、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、発熱パターンの略中央部に該凹部２１を形成し、熱
電対１０を設置し、無機系充填材で保持固定した均熱板
２を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。

【００６２】ここで、該凹部２１の開口部の面積を０．
８ｍｍ²〜４０ｍｍ²の範囲で、該凹部２１の深さｄを均
熱板２の厚みｔに対して、ｔ／５≦ｄ≦４ｔ／５の範囲
で、熱電対素線径を０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍの範囲
で、更に該凹部２１の底面から熱電対１０の測温接点と
の距離Ｌを０〜１．５ｍｍの範囲で、それぞれ振り分け
て、本発明および比較用のウエハ加熱装置１を作製し
た。

【００６３】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２０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
内となるように温度コントローラーの設定温度を各発熱
パターンの制御チャンネル毎に補正し、その設定バラツ
キを確認した。また、１５０℃でも同様の設定温度の補
正を行い、ウエハを外し加熱装置のみで６０分以上保持
した後、常温に維持されたウエハＷを、加熱装置に投
入、載置面３に載せた瞬間から１５０℃に安定するまで
のウエハＷのオーバーシュート、および１５０±０．５
℃に安定するまでの昇温安定時間を過渡性能評価とし
て、各サンプル５回づつ計測し、その最大値を測定値と
した。

【００６４】評価基準としては、ウエハ温度２５０℃時
の設定温度バラツキが５℃以下のものをＯＫとし、それ
以上となるものはＮＧとした。また、過渡性能評価につ
いては、オーバーシュートは１．５℃以下をＯＫとし、
それ以上をＮＧとした。更に、昇温安定時間について
は、３０〜５０秒で１５０±０．５℃に安定するものを
ＯＫとし、安定後の温度が１４９．５℃未満となった
り、１５０．５℃を越えてしまうもの、および１５０±
０．５℃に安定するものの５０秒以上かかってしまうも
のをＮＧとした。

【００６５】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００６６】

【表１】

【００６７】表１から判るように、Ｎｏ．１に示す比較
例のウエハ加熱装置１は、設定バラツキ、オーバーシュ
ートも大きく、昇温は１５０±０．５℃を越えて安定し
なかった。これは、該凹部２１の開口部断面積が小さす
ぎて、熱電対１０の保持にバラツキが生じやすく、また
充填材が均一に充填されにくいためと考えられる。

【００６８】また、Ｎｏ．２０については、該凹部２１
の開口部断面積が大きくなりすぎては発熱パターンのギ
ャプが大きくなりすぎて、ウエハＷの均熱性がくずれや
すく、設定値のバラツキが大きくなり、オーバーシュー
トも大きくなった。

【００６９】更に、Ｎｏ．３については、設定バラツキ
は基準値内に収り、オーバーシュートは発生しなかった
が、検知部が発熱抵抗体５に近いために、検知の応答性
が敏感すぎて、早切れ状態となり、目標温度に到達しな
いまま収束してしまった。

【００７０】また、Ｎｏ．１６については、検知部がウ
エハＷの載置面３に近すぎて、応答性が若干遅れるた
め、オーバーシュートが若干ではあるが、規定を越えて
しまった。

【００７１】更に、Ｎｏ．１７については、設定バラツ
キは基準値内に収まったが、オーバーシュートが大きく
なり、目標温度範囲を越えて、より高い温度で収束し
た。これは、熱電対１０の素線径が太すぎて熱容量が大
きくなり、温度検知の応答性が鈍くなったためと考えら
れる。

【００７２】これに対し、本特許の請求範囲内で作製さ
れたウエハ加熱装置１であるＮｏ．２、４〜１３、１
５、１７〜１９については、いずれも目標値をクリアー
している。

【００７３】更に望ましくは、該凹部２１の底面と該熱
電対１０の測温接点との距離Ｌを、０ｍｍ≦Ｌ≦１．０
ｍｍとすることにより、設定バラツキ及びオーバーシュ
ートが基準値の半分以下に押さえられることが判った。

【００７４】実施例２ここでは、熱電対１０を設置する凹部２１の形状につい
て検討した。具体的には、図６（ａ）に示すように、凹
部２１の底部の断面積Ｓ１に対し開口部の断面積Ｓ２が
大きくなるウエハ加熱装置１と、図６（ｂ）に示すよう
に、凹部２１の底部の断面積Ｓ１に対し開口部の断面積
Ｓ２が小さくなるように形成したウエハ加熱装置１を作
製して評価した。その他の部分は、実施例１と同様にし
て作製した。

【００７５】一般的にセラミック基板に止まり穴加工を
施す場合、どうしても底部にＲ形状が付いてしまうた
め、ここでいう底部の面積Ｓ１とは該底Ｒが無いものと
して、穴側面の延長上で計算された面積である。同様に
開口部の面積Ｓ２についても、開口部のＣ面やＲ面を除
外して、穴側面の延長上で計算された面積である。

【００７６】これらのサンプル及びＮｏ．８のサンプル
を常温から２５０℃の昇温サイクルを繰り返し３０００
サイクル経過後に、実施例１と同様に、２５０℃設定バ
ラツキ、１５０℃オーバーシュート、昇温安定性を評価
した。

【００７７】昇温サイクル前の結果を基準として、昇温
サイクル後の結果が、５０％以上変化しているものをＮ
Ｇ、５０％以内であるものをＯＫとした。

【００７８】結果を表２に示した。

【００７９】

【表２】

【００８０】表２から判るように、Ｎｏ．２２、２３
は、昇温サイクル後の変化量が大きくなっている。これ
は、開口部の面積Ｓ２の方が底部の面積Ｓ１より大きい
ため、昇温サイクル時に均熱板２と充填材２２の熱膨張
率の差により充填材２２が抜ける方向に変化し、熱電対
１０の設置に変化が生じているためと考えられる。これ
に対して、Ｎｏ．２１、２４、２５は変化量が小さく安
定している。これは、開口部の面積Ｓ２が底部の面積Ｓ
１より小さいため、昇温サイクル時の熱膨張差により、
充填材が抜ける方向に動きにくい為と考えられる。

【００８１】なお、図７に示すように前記凹部の底面部
から開口部の間で部分的に開口部面積より大きな面積を
有する部分を形成することにより同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。

【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
記均熱板の他方の主面に開口部断面積１．０ｍｍ²〜３
０ｍｍ²、深さｄが均熱板厚みｔに対しｔ／４≦ｄ≦
３ｔ／４となる凹部を具備し、素線径０．０５〜１．
０ｍｍで、先端部に測温接点を備えた熱電対を上記凹部
に挿入し、かつ充填材により接着固定することにより、
良好なウエハの温度調整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）、（ｂ）は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５】本発明のウエハ加熱装置の要部拡大断面図であ
る。

【図６】（ａ）は、比較例のウエハ加熱装置の均熱板凹
部を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明のウエハ加熱
装置の均熱板凹部を示す断面図である。

【図７】本発明のウエハ加熱装置の均熱板凹部の他の実
施形態を示す断面図である。

【図８】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。

【図９】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１１：充填材２１：凹部２２：充填材２３：凹部Ｗ：半導体ウエハｔ：厚み

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、前記均熱板の他方の主面に、開口部面
積１．０ｍｍ²〜３０ｍｍ²、深さｄが均熱板の厚みｔに
対しｔ／４≦ｄ≦３ｔ／４となる凹部を具備し、素線径
０．０５〜１．０ｍｍで、先端部に測温接点を備えた熱
電対を上記凹部に挿入し、かつ充填材により接着固定し
たことを特徴とするウエハ加熱装置。
【請求項２】前記熱電対の測温接点と凹部底面との距離
Ｌが、０≦Ｌ≦１．０ｍｍであることを特徴とする請求
項１に記載のウエハ加熱装置。
【請求項３】前記凹部の底面部の面積が開口部の面積以
上であることを特徴とする請求項１に記載のウエハ加熱
装置。
【請求項４】前記凹部の底面部から開口部の間で部分的
に開口部面積より大きな面積を有する部分があることを
特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
【請求項５】上記熱電対を厚み０．１〜３ｍｍの樹脂に
より固定したことを特徴とする請求項１記載のウエハ加
熱装置。