JP2002198302A

JP2002198302A - 半導体製造・検査装置用ホットプレート

Info

Publication number: JP2002198302A
Application number: JP2000398208A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Ito; 康隆伊藤
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】セラミック基板の作業面、即ちウエハ加熱面の
温度分布を均一にするのに有効で、しかも昇温・降温時
の応答に優れる半導体製造・検査装置用ホットプレート
を提供すること。【解決手段】絶縁性セラミック基板の表面もしくは内部
に、抵抗発熱体を設けてなるホットプレートにおいて、
前記基板の外周部の熱容量が中央部に比べて相対的に小
さくなるような形状にした半導体製造・検査装置用ホッ
トプレート。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製品の製造
時や検査時に用いられるホットプレートに関し、とくに
セラミック基板の構造に特徴をもつものについての提案
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品に設けられている電子回路等
は、シリコンウエハー上にエッチングレジストとして感
光性樹脂を塗布したのち、エッチングすることにより形
成されるのが普通である。この場合において、シリコン
ウエハーの表面に塗布された前記感光性樹脂は、製造工
程においてスピンコーターなどにより塗布されている
が、塗布後には乾燥しなければならない。その乾燥は、
感光性樹脂を塗布したシリコンウエハーをホットプレー
トの上に載置して加熱することにより行われている。従
来、静電チャックやウエハプローバなどの半導体製造・
検査装置に用いられているウエハー乾燥用ホットプレー
ト、即ちヒータとしては、金属板（アルミニウム板）か
らなる基板の表面（裏面）に発熱体を配線したものなど
が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
金属製ヒータを半導体製品の乾燥に用いた場合、次のよ
うな問題点があった。それは、ヒータの基板が金属製で
あることから、基板の厚みを１５ｍｍ以上に厚くしなけ
ればならない。なぜなら、薄い金属製基板では、加熱に
起因する熱膨張により、そりや歪みが発生してしまい、
この基板上に載置されるウエハーが破損したり傾いたり
してしまうからである。要するに、従来のヒータは重量
が大きく、形状もかさばるという問題があった。

【０００４】しかも、従来のホットプレートは、基板に
取付けた発熱体に印加する電圧や電流量を変えることに
より、ヒータの加熱温度を制御しようとする場合、基板
の厚みが大きいために、温度が電圧や電流量の変動に迅
速に追従せず、基板の温度制御がしにくいという問題も
あった。

【０００５】これに対し従来、上述した問題点を克服す
る方法として、上記金属製基板に代えて、特許登録第２
７９８８５７０号（特開平６−１７７２３１号公報）や
特公平７−５０７３６号公報などでは、窒化アルミニウ
ム製基板に、螺旋状の線状発熱体を埋設したセラミック
ヒータを提案している。しかしながら、このようなセラ
ミックヒータを実際に試作してみると、厚みが薄くなる
分だけ、ウエハーを載置して加熱する作業面（加熱面）
に、発熱体のパターンがそのまま投影されるという、い
わゆる偏りのある温度分布になることがわかった。とく
にセラミック基板が、薄く大きくなるほど、外周部にお
ける放熱の影響が強く現れて不均一な温度分布を生じる
と共に、昇温・高温時の応答性も悪くなって、温度制御
特性の点でも改善が求められていた。

【０００６】そこで、本発明の目的は、セラミック基板
の作業面、即ちウエハ加熱面の温度分布を均一にするの
に有効で、しかも昇温・降温時の応答に優れる半導体製
造・検査装置用ホットプレートを提供することにある。
本発明の他の目的は、薄くて軽い上、発熱体の作用を速
やかに基板作業面に正確に反映させることのできるホッ
トプレートを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来のホットプレートが
抱えている上述した課題につき検討を続けた結果、その
解決のためには、次のような手段を採用することが有効
であるとわかった。即ち、本発明は、円板状の絶縁性セ
ラミック基板の表面もしくは内部に、抵抗発熱体を設け
てなるホットプレートにおいて、前記基板の外周部の熱
容量が中央部に比べて相対的に小さくなるような形状に
したことを特徴とする半導体製造・検査装置用ホットプ
レートである。

【０００８】本発明はまた、窒化物セラミック、炭化物
セラミックまたは酸化物セラミックからなる円板状の絶
縁性セラミック基板の表面もしくは内部に、抵抗発熱体
を設けてなるホットプレートにおいて、前記基板の少な
くともいずれか一方の表面における外周寄りに、熱調整
溝を設けたことを特徴とする半導体製造・検査装置用ホ
ットプレートである。

【０００９】なお、本発明において、前記熱調整溝は、
基板の厚さを外周縁に向けて漸次に薄くするか、１また
は複数の同心環状の溝にて構成することが好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明にかかる半導体製造・検査
装置用ホットプレートの特徴は、セラミック基板の構造
を、中央部の熱容量よりもその外まわりの外周近傍の熱
容量の方が、相対的に小さくなるようにして熱の応答性
を良くしたことにある。基板の構造をこのような構成に
した理由は、例えば、円板状のセラミック基板の表面ま
たは内部に同心円状の発熱体を形成した場合、本来なら
板面全体に均一な温度分布が得られる筈であるが、実際
には、外側の部分において低い不均一な温度分布になる
ので、これを防止するために有効と考えられるからであ
る。

【００１１】すなわち、従来のように、前記基板が全体
に均等な厚さを有する場合では、該基板の外周部近傍の
部分は、中心部に比べると放熱量が大きく、温度低下し
やすい傾向がある。それ故にもし、板面全体に均一な給
電加熱を施したとしたら、外周部近傍部分の放熱量が大
きい分だけ、この部分の温度が中心部の温度よりも低下
し、これが基板加熱面における不均一な温度分布となっ
て現われるのである。その結果、ウエハの加熱乾燥が外
側部分において不完全となって種々のトラブルを招くの
である。

【００１２】そこで、この発明では、セラミック基板の
外周寄りの部分を、上述した放熱量に相当する分だけむ
しろ、予め熱容量が小さくなるような形状にしておくこ
とで、放熱量の低下とともに発熱体からの加熱エネルギ
ーが迅速に伝達するようにして、測温素子と発熱体とに
よる温度制御特性を上げるようにした。このことによっ
て、基板はその全加熱面が均一にしかも、そのような温
度分布を早期に確実に実現できるようになる。

【００１３】そのための構成として、本発明では、前記
セラミック基板の少なくともいずれか一方の面、即ち、
加熱側の表面、もしくはその反対側の面に、基板外周近
傍の熱容量の低下をもたらすような熱調整溝を設けるよ
うにしたのである。こうした熱調整溝の具体的な形状と
しては、次のようなものが適用可能である。図１(a)に示すように、基板１の外周寄りを欠設し
て段差（熱調整溝１ａ）を設けて基板の厚みを漸次に薄
くする。図１(b)、(c)に示すように、基板１の下面(b)もし
くは上面(c)に、同心環状の１〜複数個の熱調整溝１・
・・を設ける。但し、この熱調整溝１ｂを上面に設ける
場合、通常その上面（加熱面）にウエハを支持するため
の支持ピン３を複数個突設することが好ましい。従っ
て、発熱体２を下面に形成する場合や基板内に埋設する
場合、この支持ピン３は必ずしも必要ではない。

【００１４】上記熱調整溝１ｂは、セラミック焼成体か
ら直接削り出して形成してもよいが、該調整溝１ｂ相当
部分をパンチングにより抜き出したグリーンシートを、
必要枚数だけ積層し、あとで圧着焼成することにより形
成してもよい。このような調整溝１ｂは、複数の環状溝
を形成するときは、板厚が2.0〜5.0ｍｍ程度のもので、
幅2.0〜3.0ｍｍ、深さ1.0ｍｍ〜2.0ｍｍ程度とすること
が好ましく、単に薄肉化するときだけは、削り出し深さ
1.0〜1.5ｍｍ程度の深さ（肉厚残4.0〜1.5ｍｍ）を目標
にして成形する。

【００１５】本発明において、前記セラミック基板１の
素材として、窒化物系または炭化物系の如き絶縁性セラ
ミックを用いる。この理由は、これらの絶縁性セラミッ
クは、熱膨張係数が金属よりも小さく、薄くしても加熱
により反ったり、歪んだりしないからである。その結
果、本発明では基板を薄くて軽いものにすることができ
る。また、このような素材にて製造されたセラミック基
板は、熱伝導率が高く、また基板自体も薄いため、該セ
ラミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に
応答しやすいという特性がある。即ち、一般には、該セ
ラミック基板の表面または内部に、埋設した発熱体の電
圧、電流量を変えると、上述した基板外周部の放熱を考
慮しなければ、その変化が速やかに基板加熱面の温度変
化として現われるので、温度制御特性に優れるというこ
とができる。この点、基板の外周寄りの部分に、熱調整
溝１ａ、１ｂを設けると、熱容量が少ない分、放熱量が
相対的に減少する一方で、この部分における発熱体２へ
の電力投入の効果が直ちに現れるから、基板加熱面に対
する温度制御特性の向上につながる。

【００１６】なお、前記窒化物セラミックとしては、金
属窒化物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化
けい素、窒化ほう素、窒化チタンから選ばれる少なくと
も１種以上を用いることが望ましい。また、炭化物セラ
ミックとしては、金属炭化物セラミック、例えば、炭化
けい素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタ
ル、炭化タングステンから選ばれる少なくとも１種以上
のものを用いることが望ましい。これらのセラミックの
中で窒化アルミニウムが最も好適である。絶縁性が高い
一方で熱伝導率が180ワット／ｍ・Ｋと最も高いからで
ある。

【００１７】本発明において、前記発熱体２は、図２に
示すように、セラミック基板１全体の温度を均一にする
という要請から、同心円状のパターンにすることが好適
である。また、この発熱体２の厚さは、１〜５０μｍ、
幅は0.1〜２０ｍｍの扁平な板状にすることが好まし
い。厚さ、幅をこのように限定する意味は、抵抗値を制
御する上で、この範囲が最も実用的だからである。ま
た、この発熱体２の構造（厚さ、幅）を上記のように限
定する他の理由は、発熱体自体の幅を拡げる必要がある
ことに対応している。即ち、発熱体２を基板１の内部に
埋設した場合、加熱面１ａと発熱体２との距離が短くな
ると表面の温度均一性が低下するため、幅広にすること
が有効になるからである。

【００１８】前記発熱体２は、もしセラミック基板１の
内部に埋設する場合、厚さ方向に偏った位置に埋設する
ことが好ましいが、その位置としては、基板の一方の面
（加熱面）から５０％を越え、９９％までの位置とする
ことが望ましい。５０％以下だと、加熱面に近すぎて発
熱体２のパターンに類似した温度分布が発生してしま
い、逆に、９９％を越えると基板１自体にそりが発生し
て、ウエハーを破損することがあるからである。

【００１９】本発明において、前記発熱体を基板１の所
定の位置に配設するには、圧延箔を用いることの他に金
属粒子等を含む導電ペーストを塗布、印刷することなど
によって形成することができる。その導電ペーストは、
導電性を確保するための金属粒子または導電性セラミッ
ク基板の他、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが一般
的である。金属粒子としては、タングステン、モリブデ
ンから選ばれる少なくとも１種以上がよい。これらの金
属は比較的酸化しにくく、発熱するに十分な抵抗値を有
するからである。また、導電性セラミックとしては、タ
ングステン、モリブデンの炭化物から選ばれる少なくと
も１種以上を使用することができる。導電ペーストに使
用される樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂
などが用いられる。

【００２０】

【実施例】（実施例１）（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径
1.1μｍ）100重量部、イットリア（酸化イットリウムの
こと、平均粒径0.4μｍ、４重量部）、アクリルバイン
ダー11.5重量部、分散剤0.5重量部および１−ブタノー
ルおよびエタノールからなるアルコール５３重量部を混
合した組成物を、ドクターブレードで形成して厚さ0.47
ｍｍのグリーンシートを得た。（２）前記グリーンシートを８０℃で５時間乾燥させた
後、パンチングにて直径1.8ｍｍ、3.0ｍｍの半導体ウエ
ハー支持のためのリフターピンを挿入するための貫通孔
を形成すると共に、外周部に図１(b)に示すような、同
心環状の３条の熱調整溝１ｂを形成した。この熱調整溝
１ｂは、幅1.5ｍｍ×深さ２ｍｍの大きさとした。（３）平均粒子径１μｍのタングステンカーバイド粒子
100重量部、アクリル系バインダー3.0重量部、α−テル
ピオーネ溶媒を3.5重量部、分散剤0.3重量部を混合して
導電性ペーストを調整した。そして、この導電性ペース
トをグリーンシートの１つにスクリーン印刷法により前
記熱調整溝１ｂ以外の位置にパターンで描いて印刷し
た。印刷パターンは図２に示すような同心円とした。さ
らに、タングステンペーストを印刷していない熱調整溝
１ｂを設けたグリーンシートを上側（加熱面）に１３
枚、さらにその上に３７枚の熱調整溝１ｂを形成してい
ないグリーンシートを重ね、130℃、８０ｋｇ／ｃｍ²の
圧力で積層圧着した。（４）積層体を窒素ガス中で600℃で５時間脱脂し、189
0℃、圧力150ｋｇ／ｃｍ²で３時間ホットプレスし、厚
さ３ｍｍの窒化アルミニウムの板状焼成体を得た。これ
を直径230ｍｍの円状に切り出し、下面に厚さ６μｍ、
幅１０ｍｍの発熱体有するセラミック製板状体を得た。（５）（４）で得た板状体を、ダイアモンド砥石で研磨
した後、マスクを載置し、ガラスビーズによるブラスト
処理で熱電対６のための凹部を設け、さらに、スルーホ
ールの表面の一部をえぐり取ってスルーホール用の孔を
形成し、この孔にNi-Au合金からなる金ろうを用い、700
℃で加熱リフローしてコバール製の端子ピンを接続する
と共に、前記凹部に熱電対を埋め込み、ホットプレート
を完成させた。

【００２１】（比較例）実施例１と同様にして、ホット
プレートを製造したが、セラミック基板は3.0ｍｍ厚の
全体が均一なものを製造した。

【００２２】これらのホットプレートについて、次のよ
うな試験を行った。即ち、200℃の温度に加熱された定
常状態のホットプレートの加熱面上に、２５℃のウエハ
を該加熱面との間隔を100μｍに維持してセットし、こ
のとき該加熱面の温度が100〜130℃程度に低下したあ
と、その温度が200℃±0.5℃まで回復して均一状態にな
るまでの時間を測定した。その結果、実施例では僅か３
０秒で200℃まで回復したのに対し、比較例では４５秒
を必要として、この比較両者の差が明瞭に現われた。

【００２３】上掲の試験結果に示すとおり、本発明の実
施例の場合、基板外周部の熱容量が小さく、そのために
板面全体が迅速に均一な温度分布を示すようになるが、
比較例の場合は、外周部の熱容量が大きいために均一な
温度分布になるまでに長い時間がかかった。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るホット
プレートによれば、基板のとくに外周部における熱応答
性が良好なことから、基板加熱面での温度制御、とくに
板面全体の温度分布を均一に維持する時間が短く、その
ための温度制御が容易になる。なお、本発明のホットプ
レートは、静電チャック、ウエハプローバ、コータデベ
ロッパ、ＣＶＤ装置等に用いられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用に好適な基板の形態例を示す断面
図である。

【図２】基板に形成する発熱体のパターン形成例の１つ
を示す平面図である。

【符号の説明】

１．基板１ａ、１ｂ．熱調整溝２．発熱体３．支持ピン

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/20 ３９３Ｈ０５Ｂ 3/68 3/68 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA04 AA05 AA12 AA30 AA34 BB06 BB14 BC04 BC09 BC12 BC17 CA25 DA04 FA09 FA16 3K092 PP20 QA05 QB02 QB26 QB44 QB48 QB76 QC02 QC52 RF03 RF11 RF19 RF22 RF26 SS09 SS13 UA05 VV15 VV22 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円板状の絶縁性セラミック基板の表面もし
くは内部に、抵抗発熱体を設けてなるホットプレートに
おいて、前記基板の外周部の熱容量が中央部に比べて相
対的に小さくなるような形状にしたことを特徴とする半
導体製造・検査装置用ホットプレート。
【請求項２】円板状の絶縁性セラミック基板の表面もし
くは内部に、抵抗発熱体を設けてなるホットプレートに
おいて、前記基板の少なくともいずれか一方の表面にお
ける外周寄りに、熱調整溝を設けたことを特徴とする半
導体製造・検査装置用ホットプレート。
【請求項３】前記熱調整溝は、基板の厚さを外周縁に向
けて漸次に薄くするか、１または複数の同心環状の溝に
て構成することを特徴とする請求項２に記載のホットプ
レート。