JP2002198417A

JP2002198417A - ウェハ加熱装置

Info

Publication number: JP2002198417A
Application number: JP2000393452A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Uchiyama; 京治内山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12
Anticipated expiration: 2020-12-25
Also published as: JP3784253B2

Abstract

(57)【要約】【課題】一方の主面をウェハ載置面とし、該載置面にウ
ェハを支持するための支持ピンを有し、他方の主面に複
数個の温度制御用のセンサーを有するウェハ加熱装置に
おいて、オーバーシュート量を小さくするとともに、ウ
ェハ温度が安定するまでの時間を短縮する。【解決手段】他方の主面に複数の温度制御用のセンサー
を備えるとともに、該センサー取り付け位置の中心から
最も近い支持ピンまでの距離を３．７mm〜７５mmの範囲
内とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にウェハを加熱
するのに用いるウェハ加熱装置に関するものであり、例
えば、半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基盤等のウ
ェハ上に薄膜を形成したり、前記ウェハ上に塗布された
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、半導体ウェハ（以
下、ウェハと略す）を加熱するためにウェハ加熱装置が
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
ウェハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていた
が、ウェハの大きさが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、ウェハの処理時間の短縮が必要とされている。この
ため、ウェハ支持部材に対して、ウェハの加熱時間の短
縮や温度精度の向上が要求されていた。

【０００４】このうち、半導体ウェハ上へのレジスト膜
の形成にあたっては、図５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の一方の主面をウェハ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ェハ加
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、発熱体中心部に温度制御用センサーと
して熱電対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３
５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に絶縁材３９を
介して固定されていた。

【０００５】そして、ウェハ加熱装置３１の載置面３３
に、レジスト液が塗布されたウェハ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上のウェハＷを加熱し、レジスト液を乾
燥焼き付けしてウェハＷ上にレジスト膜を形成するよう
になっていた。

【０００６】このようなウェハ加熱装置３１において、
ウェハ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、ウェハＷの温
度分布を均一にすることが重要である。ウェハ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ェ
ハ加熱装置３１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お
り、前記の分割制御が今後、主流に置き換わろうとして
いる。

【０００７】また、別の手法として、ウェハＷの載置面
３２からの汚染防止の目的で、均熱板３２の載置面３２
に設置されているウェハＷを支持する為の支持ピン４４
の高さを調整することにより、ウェハＷと載置面３３と
の間隔を調整し、ウェハＷの温度を均一にすることが提
案されている。

【０００８】さらに、半導体の設計ルールは年々微細化
の方向に進んでおり、より均一な温度分布で加熱できる
ようなウェハ加熱装置３１が市場より求められている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のウェハ
加熱装置３１では、温度制御用センサーである熱電対４
０と支持ピン４４との位置関係が管理されていなかった
ため、温度バラツキが大きいものであった。

【００１０】即ち、ウェハＷは大きいもので数百μmの
反りが有り、支持ピン４４より離れた部分ではウェハＷ
の反りを吸収できず、間隔が狭くなったり、広くなった
りする。目的の温度に制御されているウェハ加熱装置３
１の載置面３３へ室温に冷やされたウェハＷを載置、加
熱処理を行うと、前述の間隔が狭い部分では、ウェハＷ
からの熱引きの影響が大きく、均熱板３２の温度は急激
に下がる。その為、この部分を制御している発熱抵抗体
５には大量の電力が供給され、ウェハＷの温度を急激に
上昇させてしまう。また逆に間隔が広い部分では、熱引
きの影響が小さく、均熱板３２の温度が下がらない。そ
の為、該部分を制御している発熱抵抗体５には、少量の
電力しか供給されず、ウェハＷの温度は、ゆっくりと上
昇する。この結果、ウェハＷの温度は、昇温時に大きく
バラツいてしまうという課題があった。そして、この温
度バラツキは、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】また、この問題を解消するために支持ピン
４４の数を増やすという手法も考えられるが、実際、支
持ピン４４付近のウェハＷの温度は、支持ピン４４との
接触による熱伝導の影響を受け、他の部分とは異なり、
この部分のレジスト膜の反応状態も異なっている。この
為、支持ピン４４の数を増やすことは、レジスト膜の反
応不均一部を増やす結果となってしまい、効果的な対策
とはなり得ない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の問
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ェハ載置面とし、該載置面にウェ
ハを支持するための支持ピンを有し、他方の主面または
内部に発熱抵抗体を有するウェハ加熱装置において、他
方の主面に複数の温度制御用のセンサーを備え、該セン
サーの取り付け位置とこれに最も近い支持ピンとの距離
を３．７mm〜７５mm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。

【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は本発明に係わるウェハ加熱装置１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、ウェハＷを載
せる載置面３とすると共に、他方の主面に発熱抵抗体５
を形成したものである。

【００１５】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。

【００１６】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にウェハを載せ均熱板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、ウェ
ハ加熱におけるウェハＷ表面に温度分布が発生すること
を防止できる。

【００１７】均熱板２のウェハ載置面３にはウェハを支
持するための支持ピン１４が設けられており、該支持ピ
ン１４のウェハ支持部は曲面状としている。これは、ウ
ェハＷの損傷を抑えるのに効果的である。

【００１８】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。

【００１９】さらに、均熱板２には、温度制御用のセン
サー１０として熱電対を設置しており、該センサー１０
が検知した温度に適した電力量を、発熱抵抗体５に供給
することにより均熱板２の温度を制御する構成となって
いる。

【００２０】本発明のウェハ加熱装置１は、前記センサ
ー１０取り付け位置の中心とこれに最も近い支持ピン１
４との距離を３．７mm〜７５mmの範囲内としてある。こ
れは、図２（ａ）に示すように、前記センサー１０の取
り付け位置の中心から半径３．７〜７５ｍｍの円内に、
最も近い支持ピン１４の中心が含まれることを意味す
る。

【００２１】支持ピン１４の中心とセンサー１０の中心
の距離が７５ｍｍを越える場合、例えば支持ピン１４の
載置面３からの突出高さｈを１００μmに調整したとし
ても、支持ピン１４から７５ｍｍ以上離れた部分では、
ウェハＷと載置面３との間隔は、７０μmになったり、
１３０μmになったりと、ウェハＷの反りにより様々な
状態になってしまう。このようなウェハＷと載置面３の
間隔が様々な状態になるような位置にセンサー１０があ
ると、前述の間隔が狭い場合には、載置面３にウェハＷ
を載置した際、均熱板２の温度は、熱電対１０の付近の
み、その周囲に比べ温度が下がり過ぎる。その低すぎる
温度をセンサー１０が検知し温度制御すると、発熱抵抗
体５に必要以上の電力を供給してしまい、温度が高くな
りすぎる。また、逆に前記間隔が広い場合は、センサー
１０が検知している部分の均熱板２の温度が下がらず、
発熱抵抗体５に少量の電力量しか供給されず温度が低く
なりすぎ、ウェハＷの昇温過渡時の温度バラツキが大き
くなってしまう。その結果、レジストの処理も不均一に
なってしまう。

【００２２】また、支持ピン１４の中心とセンサー１０
中心との距離が３．７ｍｍ未満となると、支持ピン１４
とウェハＷが接触してしまう為、センサー１０が支持ピ
ン１４の熱伝導の影響を大きく受けてしまう。例えば、
熱伝導率の高い材料を支持ピン１４に用いた場合、室温
に冷えたウェハＷを載置すると支持ピン１４付近の均熱
板２の温度は、他の部分に比べ低くなる。また、逆に熱
伝導率の低い材料を用いると、逆に温度が高くなる。そ
の為、支持ピン１４の近傍にセンサー１０を設置する
と、正確な温度制御が出来なくなり、その結果、温度バ
ラツキが大きくなり、均一なレジストの処理が出来なく
なってしまう。

【００２３】この理由により、センサー１０の中心とこ
れに最も近い支持ピン１４の中心との距離は、３．７〜
７５ｍｍの範囲とする。さらに好ましくは、この距離は
３．７〜６７ｍｍの範囲がよい。

【００２４】また、前記発熱抵抗体５は、複数のブロッ
クに分割してあることが好ましく、その際、複数のセン
サー１０は、各ブロックの略中心に取り付けることが好
ましい。ここで、略中心とは、発熱抵抗体５のひとつの
ブロックに対し、その中心から周方向の幅１／４程度、
径方向の幅１／４の範囲をいう。このセンサー取り付け
位置が中心からずれていると、隣の発熱抵抗体５パター
ンの影響を受けて、本来制御すべき部位の温度を正確に
検知できなくなるので、温度制御がばらついてしまう。

【００２５】また、センサー１０の取り付け深さは、均
熱板２の厚みの１／２〜４／５とすることが好ましい。
前記深さを均熱板２の厚みの４／５を越える深さとする
と、発熱抵抗体５からの熱をセンサー１０が早く検知し
過ぎて、発熱抵抗体５への通電が早くカットされてしま
い、ウェハＷ全体の温度が目標温度まで到達するのが遅
くなってしまう。また、前記深さが均熱板２の厚みの１
／２未満とすると、発熱抵抗体５からの熱をセンサー１
０が検知するのが遅くなり、ウェハＷの温度がオーバー
シフトしてしまうので好ましくない。

【００２６】また、センサー１０の例としては、線径が
１．５ｍｍφ以下のシース型熱電対、素線径が１．０ｍ
ｍ以下の素線の熱電対、白金抵抗素子等を使用すること
ができる。また、熱電対の種類としては、クロメル−ア
ルメル、銅−コンスタンタン、鉄−コンスタンタン、Ｐ
ｔ−Ｒｈ等、用途に応じて色々なものを使用することが
可能である。

【００２７】また、図３に示すように、支持ピン１４は
凹部１５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、固定治具２４を凹部１
５の上部に設置する。この固定治具２４は、支持ピン１
４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ことが好まし
い。

【００２８】そして、支持ピン１４の載置面３からの突
出高さｈは、０．０５〜０．５ｍｍに調整することが好
ましい。前記突出高さｈが０．０５ｍｍ未満となると、
均熱板２の温度を拾い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を越えるとウェハＷ交換後のウ
ェハＷ温度の昇温応答性が悪くなり、ウェハ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０．０５〜０．５ｍｍ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、かつウェハ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の範囲とす
る方がよい。

【００２９】また、前記支持ピン１４の先端は曲面形状
をなすとともに、該曲面部分の中心線平均粗さは０．８
μｍ以下とすることが好ましい。なぜならば、ウェハＷ
に対するパーティクル付着を低減させるためには、ウェ
ハＷを支持する部材はウェハ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、ウェハＷに接触する
面積は少ない方が良いためである。

【００３０】また、支持ピン１４は、図２に示すよう
に、同心円上に略等間隔に配置することが好ましい。こ
れにより、ウエハをバランス良く支持することができ
る。

【００３１】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。

【００３２】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センサー１０を設
置する。

【００３３】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、ウェハ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、このウェハ加熱装置１により半導体ウェハＷを加熱
するには、載置面３を所定の温度に加熱しておく。次に
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
ェハＷをリフトピンにより支持したあと、リフトピンを
降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。次に、ウェ
ハＷの熱引きによる載置面の温度降下をセンサー１０に
より検出し、その結果を元に最適な電力を給電部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上のウェハＷを加熱する。

【００３４】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
体ウェハ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。

【００３５】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とすると良い。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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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用のウェ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。

【００４３】さらに、均熱板２の載置面３とは反対側の
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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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
傷つけてしまい、絶縁層４として機能しなくなり、逆に
厚みが１５０μｍ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。

【００４７】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。

【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℃以上の温度で、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１２
００℃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。

【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）、白金（Ｐｔ）等の金属を、蒸着法や
メッキ法にて直接被着するか、あるいは前記金属や酸化
レニウム（Ｒｅ₂Ｏ₃）、ランタンマンガネート（ＬａＭ
ｎＯ₃）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３０μｍ程度の厚みで被
覆しておけば良い。

【００５１】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、タングステン（Ｗ）も
しくはタングステンカーバイド（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、ウェハＷの
加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ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℃で焼き付けすることにより、内部
の発熱抵抗体５の酸化を防止することができる。

【００５２】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。

【００５３】

【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
量のバインダー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２００ｍ
ｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得た。

【００５４】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
前記均熱板２の表面に酸化膜を形成した。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４００μ
ｍ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。

【００５５】発熱抵抗体５は図４に示すような中心部と
外周部を径方向に２等分し、さらに外周部を周方向に３
等分した４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。

【００５６】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、センサ
ー１０である熱電対を各パターン中央（φ１５０周上）
に３本、中央に１本の計４本を形成し、８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。

【００５７】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ェハ加熱装置１とした。

【００５８】また、均熱板２の載置面３の平坦度を４０
μmとした。

【００５９】また、支持ピン１４の載置面３からの突出
高さｈは１００μm、数は外周部に３個、中央部に１個
の構成とし、支持ピンの配置を、均熱板２と同心のφ１
５０周上３等配の位置に、温度センサーからの距離が、
０ｍｍ、３．７ｍｍ、２６．２ｍｍ、５１．３ｍｍ、７
５ｍｍとなる５種類を、均熱板２と同心のφ１９０周上
３等配の位置に、前記距離が、２０ｍｍ、３５．９ｍ
ｍ、６１．３ｍｍ、７４．８ｍｍ、８６．７ｍｍとなる
５種類を、中央部支持ピン１４の配置をセンサー１０で
ある熱電対からの距離が０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２
０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、７５ｍｍ、９５ｍｍとな
る８種類の計１７サンプル準備した。

【００６０】そして、このようにして得られたウェハ加
熱装置１の導電端子７に通電して２００℃で保持し、載
置面３の上に載せたウェハＷ表面の温度分布を、均熱板
２の同心円で半径４０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍの円周
上の３等分点９点の合計９点の温度バラツキが１℃以内
となることを確認した後、さらに、１５０℃に３０分保
持し、その後、ウェハＷを載せてウェハＷが１５０℃に
保持されるまでのウェハ面内の温度バラツキの過渡特性
を、１０枚の異なるウェハを用い１０回評価した。評価
結果は、１０回の評価データの内、最も悪い３個のデー
タを抽出し、その３個のデータの平均値を評価結果とし
て取り扱った。評価基準としては、ウェハＷの昇温過渡
時の温度バラツキが１０℃以下のもの、ウェハＷ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。ここでいうオーバーシュート量とは、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。

【００６１】また、ウェハ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。

【００６２】結果を表１に示した。

【００６３】

【表１】

【００６４】表１から判るように、温度センサー−支持
ピン距離が０ｍｍになるＮｏ．１、２は、支持ピンの影
響を受け昇温が遅くなり、昇温過渡時の温度バラツキが
１５〜１７℃と大きくなった。また、前記距離が７５ｍ
ｍを越えるＮｏ．９、１７では、載置面３とウェハＷの
間隔が不均一となり、昇温過渡時の温度バラツキが１４
〜１８℃と大きくなり、オーバーシュートも２．５℃と
大きくなった。

【００６５】これに対し、前記距離が３．７〜７５ｍｍ
のＮｏ．３〜８、１０〜１６では、温度のオーバーシュ
ート量を２．０℃以下とし、昇温過渡時の温度バラツキ
が１０℃以下とすることができた。

【００６６】実施例２ここでは、センサー１０の設置位置とウェハＷ表面の温
度バラツキとの関係を調査した。図４に示したように、
発熱抵抗体５を外周３分割と内周の４つに分割したウェ
ハ加熱装置１において、センサー１０の取り付け深さを
均熱板２の厚みの２／３とし、外周の３分割した発熱抵
抗体５のセンサー１０取り付け位置を、図４に示すよう
に、発熱抵抗体５の円周方向中心位置を外周から１／８
づつずらした〜の位置のＮｏ．１〜７と、半径方向
中心の同一半径上に発熱抵抗体５幅に対して中心から１
／８づつずらした〜の位置のＮｏ．８〜１０の各サン
プルを作製した。また、取り付け位置について、取り
付け深さを５／６、４／５、３／４、２／３、１／２、
１／４と変更したサンプルＮｏ．１１〜１６を準備し
て、実施例１と同様な評価をした場合の、オーバーシュ
ートと温度安定時間を調べた。評価方法、評価基準は、
実施例１と同様にした。

【００６７】その他のサンプル作製条件は、実施例１と
同様にした。なお、センサー１０と支持ピン１４間の距
離は、全て１５ｍｍに固定した。

【００６８】結果を、表２に示した。

【００６９】

【表２】

【００７０】表２に示したように、センサー１０の取り
付け位置を発熱抵抗体５の外周部に設置したＮｏ．１、
７、１０は、温度安定時間が５０秒を越えてしまうので
好ましくない。また、Ｎｏ．１は、目標のオーバーシュ
ートが２．０℃を越えてしまった。これに対し、センサ
ー１０を発熱抵抗体５の中央部付近に取り付けたＮｏ．
２〜６、８，９は、良好な特性を示した。

【００７１】また、センサー１０の取り付け深さについ
ては、均熱板２の厚みの５／６の深さに取り付けたＮ
ｏ．１１は、オーバーシュートは小さくなったが、温度
安定時間が５０秒以上と長くなった。また、前記取り付
け深さが１／４のＮｏ．１５は、温度安定時間は、４０
秒と早くなったが、オーバーシュートが２．４℃と大き
くなった。これに対し、前記埋め込み深さを４／５〜１
／２としたＮｏ．１２〜１４は、オーバーシュートおよ
び温度安定時間ともに、目標をクリアできた。

【００７２】実施例３ここでは、実施例１のＮｏ．５の条件で、支持ピン２０
の載置面３からの突出高さｈを、３０μm、５０μm、１
００μm、２００μm、３００μm、４００μm、５００μ
m、６００μmとし、実施例１と同様にしてサンプルを評
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、支持ピン２０の載置
面３からの突出高さｈが０．０３ｍmと低いＮｏ．１
は、均熱板２からの熱をウェハＷが直接受けるため、温
度のオーバーシュートが２．３℃と大きくなった。ま
た、前記突出高さｈを０．６０ｍmとしたＮｏ．８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０．０
５〜０．５ｍｍであるＮｏ．２〜７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。

【００７６】なお、本実験は、φ２００ｍｍ径のウェハ
Ｗを用いて行ったが、φ３００ｍｍ径のウェハＷであっ
ても同様の結果であった。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、一方の
主面をウェハ載置面とし、該載置面にウェハを支持する
ための支持ピンを有し、他方の主面に複数個の温度制御
用のセンサーを有するウェハ加熱装置において、前記セ
ンサー取り付け位置の中心から３．７mm〜７５mmの範囲
内に少なくとも一つの前記支持ピンを有することによ
り、ウェハを交換した際のウェ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℃にウェハ
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】本発明のウェハ加熱装置を示す断面図である。

【図２】（ａ）は、本発明のウェ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】本発明のウェハ加熱装置の支持ピン近傍の拡大
断面図である。

【図４】本発明のウェハ加熱装置の発熱抵抗体パターン
の一例を示す図である。

【図５】従来のウェハ加熱装置の一例を示す断面図であ
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１４：支持ピン１５：凹部２４：固定治具Ｗ：ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/16 Ｈ０５Ｂ 3/18 3/18 3/20 ３９３ 3/20 ３９３Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA01 AA02 AA08 AA10 AA16 AA34 BB05 BB06 BC12 DA03 FA14 HA04 HA10 JA02 JA10 3K058 AA86 BA00 CA23 CA91 CE13 CE19 3K092 PP20 QA05 QB02 QB75 QB76 RF03 RF17 SS12 UA04 VV22 5F031 CA02 CA05 HA02 HA08 HA10 HA33 HA37 MA24 MA26 MA27 MA28 5F046 KA04

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
をウェハ載置面とし、該載置面にウェハを支持するため
の支持ピンを有し、他方の主面または内部に発熱抵抗体
を有するウェハ加熱装置において、前記均熱板の他方の
主面に複数の温度制御用のセンサーを備え、該センサー
の取り付け位置とこれに最も近い支持ピンとの距離を
３．７mm〜７５mmとしたことを特徴とするウェハ加熱装
置。
【請求項２】前記発熱抵抗体が複数のブロックからな
り、前記センサーを各ブロックの略中心に設置したこと
を特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装置。
【請求項３】前記支持ピンの高さが０．０５〜０．５mm
であることを特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装
置。
【請求項４】前記支持ピンを略同心円上に略等間隔に配
置したことを特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装
置。
【請求項５】前記ウェハ載置面が炭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ことを
特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装置。