JP2002329566A

JP2002329566A - ウエハ加熱装置

Info

Publication number: JP2002329566A
Application number: JP2001133632A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shiyoku; 浩触
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】セラミックスからなる板状体の一方の主面に発
熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接
続される給電部を具備してなるセラミックヒーターにお
いて、発熱パターンに屈曲部も設けると、温度ばらつき
が生じるという課題があった。【解決手段】発熱抵抗体が設置された有効発熱エリアの
任意の１０ｍｍ四方の領域における発熱抵抗体の面積を
Ｓ１、面積比Ｓ＝Ｓ１／１００ｍｍ²とし、発熱抵抗体
の幅をＰとし、発熱抵抗体間のギャップをＧとしたと
き、０．１５≦Ｓ≦０．８５、０．３≦Ｐ≦６．７１×
Ｓ²＋１．５２、０．３≦Ｇ≦６．７１×（１−Ｓ）²＋
１．５５を同時に満たすようにする。

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とこれに用いるセラミッ
クヒーター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
を形成したり、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ウエ
ハ加熱装置に関するものである。

【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】上記のようなウエハ加熱装置１の例とし
て、例えば特開平１１−２８３７２９号公報に示してあ
るようなウエハ加熱装置がある。このウエハ加熱装置
は、図６に示すように、支持体３１、均熱板２２および
板状反射体としてのステンレス板３３を主要な構成要素
としている。支持体３１は有底状の金属製部材（ここで
は、アルミニウム製部材）であって、断面円形状の開口
部３４をその上部側に備えている。この支持体３１の中
心部には、図示しないウエハ支持ピンを挿通するための
ピン挿通孔３５が３つ形成されている。ピン挿通孔３５
に挿通されたウエハ支持ピンを上下させれば、ウエハＷ
を搬送機に受け渡したり、ウエハＷを搬送機から受け取
ったりすることができる。また、不図示の発熱抵抗体の
端子部には、導通端子２７がロウ付けされており、該導
通端子２７がステンレス板３３に形成された穴５７を挿
通する構造となっている。また、底部３１ａの外周部に
はリード線引出用の孔３６がいくつか形成されている。
この孔３６には、発熱抵抗体に電流を供給するための不
図示のリード線が挿通され、該リード線は前記導通端子
２７に接続されている。

【０００５】また、均熱板２２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、発熱抵抗体２５は、図７に示すよう
に、同心円状に形成した複数のパターンに通電すること
により、均熱板２２を加熱するセラミックヒーターを使
用したものが提案されている。均熱板２２には発熱抵抗
体６２と電極６３が設けられ、また、センサー取り付け
穴６４も設けられている。

【０００６】ところで、ウエハ加熱装置としての均熱板
２２は、ウエハＷ面内の温度分布を±０．５℃の範囲内
に精密に調節する必要がある。このため、最近では図８
に示したように、加熱手段もしくは冷却手段を有するア
ルミニウム製の均熱板２２から一定の間隔を置いた位置
にウエハＷを均熱板２２と並行になるように、均熱板２
２に形成された凹部５８に設置された球状の支持ピン５
９により離間支持して基板の熱処理を行うことが提案さ
れている（特開平８−７０００７号公報）。

【０００７】このように、均熱板２２からウエハＷを離
間して保持することにより、均熱板２２とウエハＷの反
りや平坦度の差による接触・非接触に起因する温度バラ
ツキを低減することが可能である。また、従来使用され
ているアルミニウム製の均熱板２２についてこのような
手法を使用する場合、均熱板２２自体の厚みが厚いた
め、発熱抵抗体２５で発生する温度分布を均熱板２２の
厚みにより緩和することができるので、さらに良好な均
熱を保つことができた。このアルミニウム製の均熱板２
２の課題は、熱量量が大きいため、加熱冷却や設定温度
の変更などの操作に非常に時間が掛かる点にあった。

【０００８】これに対し、半導体配線ルールの微細化に
伴い、特にレジスト熱処理において多種多様な温度での
処理が要求されており、枚葉処理における加工時間の短
縮の為に、均熱板の熱容量を小さくし、温度変更を迅速
に行う必要と、熱板へのウエハの載置から熱処理完了ま
での間に温度制御を鋭敏にする必要性がでてきた。そこ
で高剛性かつ高熱伝導性のセラミックス製の薄い均熱板
２２に発熱抵抗体を形成し加熱する方式が提案されるよ
うになってきた。

【０００９】

【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、均熱板の厚みを薄くす
ると、発熱抵抗体で発生した温度分布が十分緩和され
ず、ウエハＷの温度がなかなか均一にならないという問
題があった。

【００１０】また、特開２００１−６８５２号公報に
は、発熱体の面積抵抗率５０ｍΩ／□未満とし発熱パタ
ーンに屈曲部を設けることにより、発熱パターン印刷方
向に生じる厚みムラを解消する方法が述べられており、
更に発熱体の厚さ１〜５０μm、発熱体幅０．１〜２０
ｍｍが最適範囲であると述べられおり、結果としてサー
モビュアでの評価結果として、温度ばらつきが０．５℃
程度まで改善できたことが述べられている。

【００１１】しかしながら、サーモビュアでは測定物の
表面の色調むらや周囲の環境等が誤差となり要求される
温度精度に対して正確な測定ができない上、実際にウエ
ハを載置した状態での温度精度が要求されてきている。
その為、シリコンウエハに熱電対や測温抵抗体等のセン
サーを複数箇所埋め込んだ測温ウエハを用いて測定する
手段が取られるようになってきた。

【００１２】また、単に均熱性だけではなく、常温のウ
エハを均熱板に載置してからウエハが目標温度に到達安
定するまでの時間といった過渡的な性能も要求されてき
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、特開２０
０１−６８５２号公報に示されるようなヒーターについ
て、評価を行い、ウエハ載置での評価を行った結果、温
度ばらつき０．５℃以下は満足しておらず、更には印刷
ばらつき改善の為に設けた屈曲部分及びパターン間のギ
ャップに温度特異点が存在することを確認した。

【００１４】これら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、発
熱抵抗体が設置された有効発熱エリアの任意の１０ｍｍ
四方の領域における発熱抵抗体の面積をＳ１とし、その
面積比Ｓ＝Ｓ１／１００ｍｍ²とし、発熱抵抗体の幅を
Ｐとし、発熱抵抗体間のギャップをＧとしたとき、０．１５≦Ｓ≦０．８５０．３≦Ｐ≦６．７１×Ｓ²＋１．５２０．３≦Ｇ≦６．７１×（１−Ｓ）²＋１．５５を同時に満たすこと事により、全体の発熱バランスを均
一にし、良好な温度分布が得られることを見いだした。

【００１５】また、前記発熱抵抗体に部分的にレーザー
トリミングなどにより抵抗調整部を形成することによ
り、更に温度分布に優れたウエハ加熱装置となしえるこ
とを見いだした。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１７】図１は本発明に係るウエハ加熱装置の一例
を示す断面図であり、炭化珪素、アルミナまたは窒化ア
ルミニウムを主成分とするセラミックスの板状体からな
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、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体５を
形成し、該発熱抵抗体５に電気的に接続する給電部６を
具備してセラミックヒーターを構成したものである。

【００１８】発熱抵抗体５のパターン形状としては、図
２に示したような渦巻き状や折り返し部５ｂを備えたパ
ターン、もしくは図３に示したように複数のブロックに
分割され、個々のブロックが円弧状のパターンと直線状
のパターンとからなる渦巻き状やジグザクな折り返し形
状をしたものとすることができる。そして、発熱抵抗体
５を複数のブロックに分割する場合、それぞれのブロッ
クの温度を独立に制御することにより、載置面３を均一
に加熱できるようにすることが好ましい。

【００１９】本発明では、上記発熱抵抗体５が設置され
た有効発熱エリアの任意の１０ｍｍ四方の領域におい
て、発熱抵抗体５の幅Ｐ、ギャップＧなどを所定の範囲
にすることを特徴とする。

【００２０】図４（ａ）は、任意の１０ｍｍ四方の領域
内に複数の発熱パターンとギャップが、ほぼ均等に含ま
れる例であり、図示のとおり発熱抵抗体５の幅Ｐ、発熱
抵抗体５間のギャップＧを規定する。この場合、発熱抵
抗体５の面積Ｓ１は任意の１０ｍｍ四方の領域内に含ま
れる全ての発熱抵抗体５の面積の合計とする。図４
（ａ）は、任意の１０ｍｍ四方の領域内に各々１本ずつ
の発熱抵抗体５とギャップしか含まれない例であり、図
示のとおり、完全に幅が含まれる発熱抵抗体５の幅を
Ｐ、完全に含まれる発熱抵抗体５間のギャップをＧと規
定する。ここでも発熱抵抗体５の面積Ｓ１は任意の１０
ｍｍ四方の領域内に含まれる全ての発熱抵抗体５の面積
の合計とする。

【００２１】また、任意の１０ｍｍ四方の領域内で発熱
パターンの折り返しや屈曲がある場合は、発熱抵抗体５
の幅Ｐ及びギャップＧは、発熱抵抗体５内の電流の流れ
に対して垂直方向と定義する。また、任意の１０ｍｍ四
方の領域内で発熱パターンやギャップの幅が変化する場
合には、最大幅と最小幅を平均化した幅をそれぞれＰ、
Ｇと定義する。

【００２２】任意の１０ｍｍ四方の領域は、発熱抵抗体
５の外径以内の発熱抵抗体５が設けられた領域のいずれ
の場所でも構わないが、近接する５ヶ所を計測しその平
均値でＳ１、Ｓ、Ｐ、Ｇを評価するものとする。

【００２３】本発明の発熱抵抗体５は、発熱パターンが
設置される有効発熱エリアにおける任意の１０ｍｍ四方
の領域における発熱パターンの面積をＳ１（ｍｍ²）、
上記領域の面積に対する発熱抵抗体の面積比をＳ＝Ｓ１
／１００ｍｍ²、発熱パターンの幅をＰ、発熱パターン
間のギャップをＧとしたとき、０．１５≦Ｓ≦０．８５０．３≦Ｐ≦６．７１×Ｓ²＋１．５２０．３≦Ｇ≦６．７１×（１−Ｓ）²＋１．５５を同時に満たす事を特徴とする。

【００２４】これらを満たせば、ウエハの温度ばらつき
が０．５℃以下となり良好であるが、Ｓが０．１５未満
の場合、発熱部の面積が小さすぎて発熱しないギャップ
部分を十分に加熱できず温度ばらつきが大きくなってし
まう、逆にＳが０．８５を越えると今度は発熱部が広す
ぎて特にパターンの折り返し部において電流が短絡して
流れることにより局部発熱が生じてしまい温度ばらつき
が大きくなってしまう。同様に、０．１５≦Ｓ≦０．８
５の範囲であっても、Ｐが上記式を越えれば、パターン
の折り返し部において前述の傾向があらわれ温度ばらつ
きが大きくなってしまう。Ｐが０．３未満では、スクリ
ーン印刷などによりパターンを形成させる場合にミクロ
的に厚みが安定しないため発熱抵抗体としては信頼性に
欠けるため好ましくない。また、Ｇが０．３未満では、
複数回路で制御する場合、回路間の耐電圧が１．５ｋＶ
を満足しないものがあり好ましくない、逆にＧが上記式
を越えるとギャップ部分が大きくなりすぎて十分に加熱
されない部分が生じ温度ばらつきが大きくなり好ましく
ない。

【００２５】均熱板２の厚みは、１〜８ｍｍとすること
が好ましい。１ｍｍ未満ではパターンの発熱分布を十分
に熱拡散できず温度ばらつきが大きくなり、逆に８ｍｍ
を越えれば温度変更、特に冷却に時間がかかり処理効率
が悪くなるため好ましくない。

【００２６】また、この厚みで有効な熱拡散を得るため
には、熱伝導率≧８０Ｗ／ｍ・Ｋのセラミック材料を選
択する事が望ましい。

【００２７】ウエハＷは離間して載置することが理想で
あるが、載置面３からウエハＷまでの距離が０．０５ｍ
以下であれば、ウエハの反りなどにより均熱板への部分
的な接触が起こり温度ばらつきが大きくなってしまい好
ましくない、逆に０．５ｍを越えてしまうと、ウエハへ
の熱伝達が鈍くなるため、ウエハ温度上昇に時間がかか
りすぎるため好ましくない。

【００２８】また、発熱抵抗体５はプリント法で形成す
るのでミクロに見ると若干の厚みバラツキが存在する
為、必要に応じてレーザートリミングなどにより、発熱
抵抗体の幅方向もしくは厚み方向に削り取ることによ
り、更に精密に調整することもできる。

【００２９】発熱抵抗体５の外径については、ウエハＷ
の外径に対して同位置中心で１０２％〜１２０％の領域
に形成することが望ましい。１０２％未満で有れば、特
に外周部の熱の逃げの為、外周部の温度が下がり全体の
ばらつきが大きくなり好ましくない。逆に１２０％を越
えても均熱性に大きな改善は見られない上、均熱熱板の
コストは上がり、消費電力が大きくなり装置自体のコス
トも上がるため好ましくない。

【００３０】また、発熱抵抗体５中に含まれる導通成分
として、耐熱性および耐酸化性が良好なＰｔ族金属、Ａ
ｕ、もしくはこれらの合金を主成分とするものを使用す
ることが好ましい。発熱抵抗体５としては、絶縁層４と
の密着性および発熱抵抗体５自体の焼結性を向上や比抵
抗の調整のために、３０〜７５重量％のガラス成分を混
合することが好ましい。比抵抗の調整用としては、絶縁
性の無機材料の粉末を用いることも可能である。

【００３１】発熱抵抗体５の抵抗温度係数（ＴＣＲ）に
ついては、３０００ｐｐｍ／℃以下が望ましい。ＴＣＲ
が高すぎると常温時の抵抗値が低くなるため突入時の消
費電力が大きくなってしまい装置自体の制御回路が高価
になり装置コストが高くなってしまうため好ましくな
い。そのため発熱抵抗体５のＴＣＲを３０００ｐｐｍ／
℃以下となるようにして、常温の抵抗値を大きくするこ
とにより突入電流を小さくでき制御回路に負荷がかから
ないようにすることが望ましい。

【００３２】なお、発熱抵抗体５の抵抗温度係数（ＴＣ
Ｒ）を３０００ｐｐｍ／℃以下となるようにするために
は、例えばＰｔ族金属のような耐熱性金属と合金化すれ
ばよい。これらの混合比は、Ｐｔの場合Ａｕ：Ｐｔの混
合比を５：９５〜９５：５の範囲とすれば良い。

【００３３】さらに、本発明のウエハ加熱装置は、図１
に示すように、上記均熱板２に発熱抵抗体５を備えてな
るセラミックヒーターを支持体１１に接合し、給電部６
に導通端子７を接続したものである。このとき、給電部
６と導通端子７の接続手段を弾性体８による押圧として
いるため、均熱板２と支持体１１の温度差による両者の
膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の
熱サイクルに対し良好なウエハ加熱装置とすることがで
きる。この押圧手段である弾性体８としては、図１に示
すようなコイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧
するようにしても構わない。

【００３４】これらの弾性体８の押圧力としては、０．
３Ｎ以上の荷重を導通端子７に掛けるようにすればよ
い。弾性体８の押圧力を０．３Ｎ以上とする理由は、均
熱板２および支持体１１の膨張収縮による寸法変化に対
し、それに応じて導通端子７が移動しなければならない
が、装置の構成上導通端子７を均熱板２の下面から給電
部６に押し当てるようにしているため、導通端子７の摺
動部との摩擦により導通端子７が給電部６から離れるこ
とを防止する為である。

【００３５】また、導通端子７の給電部６との当接面側
の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。さら
に、導通端子７を保持する絶縁材９は、その使用温度に
応じて、２００℃以下の温度では、ガラス繊維を分散さ
せたＰＥＥＫ（ポリエトキシエトキシケトン樹脂）材の
ものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度
で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラ
ミック製の絶縁材９を用いることが可能である。

【００３６】このとき、導通端子７の少なくとも給電部
６との当接部を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレス
および白金族の金属のうち少なくとも１種以上からなる
金属により形成することが好ましい。具体的には、導通
端子７自体を上記金属で形成するか、または導通端子７
の表面に該金属からなる被覆層を設けることもできる。
また、導通端子７と給電部６の間に上記金属からなる金
属箔を挿入することにより、導通端子７表面の酸化によ
る接触不良を防止し、均熱板２の耐久性を向上させるこ
とが可能である。具体的には、前記給電部６と導通端子
７の間に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレスおよび
白金族の金属うち少なくとも１種以上からなる金属箔１
６を挿入すると、電気的な接触の信頼性が増すと同時
に、均熱板２と支持体１１の温度差に起因する寸法差を
金属箔の面の滑りで緩和できる。

【００３７】また、導通端子７の表面にブレーチング加
工やサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らす
ことにより接点が点接触となることを防止すると、さら
に接触の信頼性を向上させることができる。

【００３８】なお、均熱板２は金属製の支持体１１に、
その開口部を覆うように設置してある。金属製の支持体
１１は、側壁部と一層もしくは多層の板状構造部１３を
有している。また該板状構造部１３には、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が絶縁材９を介して設置され、弾性体８によ
り均熱板２の表面の給電部６に押圧されている。また、
熱電対１０は、均熱板２の中央部のウエハ載置面３の直
近に設置され、熱電対１０の温度を基に均熱板２の温度
を調整する。発熱抵抗体５が複数のブロックに別れてお
り、個別に温度制御する場合は、それぞれの発熱抵抗体
５のブロックに測温用の熱電対１０を設置する。

【００３９】また、均熱板２には、該均熱板２を冷却す
るために不図示のガス噴射口、およびガスを排気するた
めの開口部を形成しても構わない。このように均熱板２
の冷却機構を設けることにより、ウエハＷの表面に半導
体薄膜やレジスト膜を形成したり、表面をエッチングし
たりすることによりタクトタイムを短縮することができ
る。

【００４０】また、板状構造部１３は、２層以上とする
ことが好ましい。これを１層とすると、均熱となるのに
時間がかかり好ましくない。なお、板状構造部１３の最
上層のものは、均熱板２から５〜１５ｍｍの距離に設置
することが望ましい。これにより、均熱板２と板状構造
部１３相互の輻射熱により均熱化が容易となり、また、
他層との断熱効果があるので、均熱となるまでの時間が
短くなる。また、冷却時は、ガス噴射口１２から均熱板
２の表面の熱を受け取ったガスが、順次層外に排出さ
れ、新しい冷却ガスが均熱板２表面を冷却できるので、
冷却時間が短縮できる。

【００４１】また、支持体７内に昇降自在に設置された
不図示のリフトピンにより、ウエハＷを載置面３上に載
せたり載置面３より持ち上げたりといった作業がなされ
る。そして、ウエハＷは、不図示のウエハ支持ピンによ
り載置面３から浮かした状態で保持され、片当たり等に
よる温度バラツキを防止するようにしている。

【００４２】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を不図示のリフトピンにて
支持したあと、リフトピン８を降下させてウエハＷを載
置面３上に載せる。

【００４３】均熱板２を例えば炭化珪素質焼結体、炭化
硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化アルミニウム質
焼結体または窒化珪素質焼結体により形成すると、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。

【００４４】均熱板２を形成する炭化珪素質焼結体は、
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）を添加したり、もしくはアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）のような金属酸化物を添
加して十分混合し、平板状に加工したのち、１９００〜
２１００℃で焼成することにより得られる。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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】また、均熱板２を形成する窒化アルミニウ
ム質焼結体は、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１９０
０〜２１００℃で焼成することにより得られる。

【００４８】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、２１００〜２２００℃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。

【００４９】また、均熱板２を形成する窒化珪素質焼結
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、１６
５０〜１７５０℃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Ｓｉ
Ｏ₂と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ
₂と、雰囲気からの影響を含め意図的に添加したＳｉＯ₂
の総和である。

【００５０】また、均熱板２の温度は、均熱板２にその
先端が埋め込まれた熱電対１０により測定する。熱電対
１０としては、その応答性と保持の作業性の観点から、
外径１．０ｍｍ以下のシース型の熱電対１０を使用する
ことが好ましい。また、均熱板２に埋め込まれた先端部
に力が掛からないように熱電対１０の途中が支持部７の
板状構造部１３に保持されている。この熱電対１０の先
端部は、均熱板２に孔が形成され、この中に設置された
円筒状の金属体の内壁面にバネ材により押圧固定するこ
とが測温の信頼性を向上させるために好ましい。

【００５１】さらに、これらのウエハ加熱装置１をレジ
スト膜形成用として使用する場合は、均熱板２として窒
化物を主成分とする材料を使用すると、大気中の水分等
と反応してアンモニアガスを発生させレジスト膜を劣化
させるため、この場合均熱板２として、炭化珪素や炭化
硼素等の炭化物からなるものを使用することが好まし
い。

【００５２】また、この際、焼結助剤に水と反応してア
ンモニアやアミンを形成する可能性のある窒化物を含ま
ないようにすることが必要である。これにより、ウエハ
Ｗ上に微細な配線を高密度に形成することが可能とな
る。

【００５３】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。

【００５４】一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として
使用する場合、半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る。ここで、ガラスを用いる
場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋ
Ｖを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが６００μｍを越
えると、均熱板２を形成する炭化珪素質焼結体との熱膨
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〜６
００μｍ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。

【００５５】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。

【００５６】この絶縁層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、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クラックや剥離等の
欠陥が生じ易いからである。

【００５７】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に例
えば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る。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。

【００５８】また、絶縁層４を樹脂により形成する場
合、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、
ポリアミド樹脂等を用いることが好ましい。

【００５９】なお、ガラスや樹脂からなる絶縁層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
トの場合は６００℃の温度で、樹脂ペーストの場合は３
００℃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
窒化アルミニウム質焼結体からなる均熱板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、ガラスからなる絶縁層４との密着
性を高めることができる。

【００６０】

【実施例】実施例１熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋの炭化珪素質焼結体に研削
加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３４０ｍｍ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。ついで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着するため、
導電材として２０重量％のＡｕ粉末と１０重量％のＰｔ
粉末と７０重量％のガラスを所定量のバインダーおよび
溶剤と混合したペーストを、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４５０℃で３０分間脱脂処理
を施したあと、５００〜７００℃の温度で焼き付けを行
うことにより、厚みが５０μｍの発熱抵抗体５を形成し
た。

【００６１】発熱エリアについては、ウエハサイズφ３
００ｍｍに対して、φ３２０ｍｍ（１０５％）にて作成
した。

【００６２】発熱抵抗体５の幅Ｐ、ギャップＧ、面積比
Ｓを種々変化させ、図６に示す内容でテストを行った。
ウエハ載置部は、均熱板に７カ所の凹部を設け、セラミ
ック製のウエハ載置ピンを埋め込み０．０１ｍｍの間隔
をおいてウエハを載置する構造とした。

【００６３】作製した均熱板について、プリント性、耐
電圧、ウエハ部の温度ばらつきについて評価した。特に
ウエハ部の温度ばらつきについては、発熱パターンのく
せが検出できるように測温ウエハを回転させたり、位置
をずらしたりして評価した。

【００６４】なお、評価基準は、１５０℃におけるウエ
ハ部の温度ばらつきが、０．５℃以下を○、０．５℃を
こえるものを×とした。

【００６５】図５に評価結果を示す。合格時の発熱パタ
ーン幅Ｐ、ギャップＧをそれぞれＰｏｋ、Ｇｏｋで、不
合格時の発熱パターン幅Ｐ、ギャップＧをそれぞれＰｎ
ｇ、Ｇｎｇとして表した。

【００６６】この結果より、０．１５≦Ｓ≦０．８５０．３≦Ｐ≦６．７１×Ｓ²＋１．５２０．３≦Ｇ≦６．７１×（１−Ｓ）²＋１．５５を同時に満たすものは、測温ウエハでの温度ばらつきが
０．５℃以下となり良好な結果が得られた。しかし、Ｓ
が０．１５以下の場合、発熱部の面積が小さすぎて発熱
しないギャップ部分を十分に加熱できず温度ばらつきが
大きくなってしまう、逆にＳが０．８５を越えると今度
は発熱部が広すぎて、特にパターンの折り返し部におい
て電流が短絡して流れることにより局部発熱が生じてし
まい温度ばらつきが大きくなってしまう。同様に、０．
１５≦Ｓ≦０．８５の範囲であっても、Ｐが上記式を越
えれば、パターンの折り返し部において前述の傾向があ
らわれ温度ばらつきが大きくなってしまう。Ｐが０．３
未満では、スクリーン印刷などによりパターンを形成さ
せる場合にミクロ的に厚みが安定しないため発熱抵抗体
としては信頼性に欠けるため好ましくない。また、Ｇが
０．３未満では、複数回路で制御する場合、回路間の耐
電圧が１．５ｋＶを満足しないものがあり好ましくな
い、逆にＧが上記式を越えるとギャップ部分が大きくな
りすぎて十分に加熱されない部分が生じ温度ばらつきが
大きくなり好ましくない。

【００６７】実施例２熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋの炭化珪素質焼結体に研削
加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３００ｍｍ、３１５ｍ
ｍ、３４０ｍｍ、３７５ｍｍ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７００〜９
００℃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。ついで絶縁
層４上に発熱抵抗体５を被着するため、導電材として２
０重量％のＡｕ粉末と１０重量％のＰｔ粉末と７０重量
％のガラスを所定量のバインダーおよび溶剤と混合した
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４５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、
５００〜７００℃の温度で焼き付けを行うことにより、
厚みが５０μｍの発熱抵抗体５を形成した。

【００６８】発熱エリアについては、ウエハサイズφ３
００ｍｍに対して、φ２８５ｍｍ（９５％）、φ２９８
ｍｍ（９８％）、φ３００ｍｍ（１００％）、φ３０６
ｍｍ（１０２％）、φ３３０ｍｍ（１１０％）、φ３６
０ｍｍ（１２０％）にて作成した。

【００６９】それぞれに使用する基板は、９５％に対し
ては外径３００ｍｍ、９８％及び１００％に対しては外
径３１５ｍｍ、１０２％及び１１０％に対しては外径３
４０ｍｍ、１２０％に対しては外径３７５ｍｍのものを
用いた。

【００７０】発熱パターンについては、表１に示す内容
で設計を行った。ウエハ載置部は、均熱板に７カ所の凹
部を設け、セラミック製のウエハ載置ピンを埋め込み
０．０１ｍｍの間隔をおいてウエハを載置する構造とし
た。

【００７１】作製した均熱板について、プリント性、耐
電圧、ウエハ部の温度ばらつきについて評価した。特に
ウエハ部の温度ばらつきについては、発熱パターンのく
せが検出できるように測温ウエハを回転させたり、位置
をずらしたりして評価した。

【００７２】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００７３】

【表１】

【００７４】ウエハ発熱エリアについては、１０２％以
上では良好な結果が得られた。しかしながら、１１０％
と１２０％を比較した場合、大きな改善は見られなかっ
た。サイズ拡大によるコストアップや消費電力アップを
考慮すると、１２０％を越える事は好ましくない。逆に
１００％以下では外周部の熱引きを吸収しきれずウエハ
外周部での温度低下が顕著になり適さなかった。

【００７５】実施例３熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナ焼結体、熱伝導率
が５０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム焼結体、熱伝導率
が８０Ｗ／ｍ・Ｋ、１５０Ｗ／ｍ・Ｋの炭化珪素質焼結
体に研削加工を施し、板厚１ｍｍ、外径３４０ｍｍ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。ついで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着する
ため、導電材として２０重量％のＡｕ粉末と１０重量％
のＰｔ粉末と７０重量％のガラスを所定量のバインダー
および溶剤と混合したペーストを、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４５０℃で３０分間脱
脂処理を施したあと、５００〜７００℃の温度で焼き付
けを行うことにより、厚みが５０μｍの発熱抵抗体５を
形成した。

【００７６】パターンは表２に示す設計とした。ウエハ
載置部は、均熱板に７カ所の凹部を設け、セラミック製
のウエハ載置ピンを埋め込み０．０１ｍｍの間隔をおい
てウエハを載置する構造とした。

【００７７】作製した均熱板について、プリント性、耐
電圧、ウエハ部の温度ばらつきについて評価した。特に
ウエハ部の温度ばらつきについては、発熱パターンのく
せが検出できるように測温ウエハを回転させたり、位置
をずらしたりして評価した。それぞれの結果は表２に示
す通りである。

【００７８】

【表２】

【００７９】表２から判るように、熱伝導率８０Ｗ／ｍ
・Ｋ以上では良好な結果となった。しかし、熱伝導率５
０Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものではウエハ温度ばらつきが大き
くなり不適と判断した。これは厚みが薄い上に熱伝導率
が低く、熱拡散が十分におこなわれない為と考えられ
る。

【００８０】実施例４熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋの炭化珪素質焼結体に研削
加工を施し、外径３４０ｍｍ、厚み０．５ｍｍ、１ｍ
ｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ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。ついで絶縁層４上
に発熱抵抗体５を被着するため、導電材として２０重量
％のＡｕ粉末と１０重量％のＰｔ粉末と７０重量％のガ
ラスを所定量のバインダーおよび溶剤と混合したペース
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４５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、５００
〜７００℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが
５０μｍの発熱抵抗体５を形成した。

【００８１】ウエハ載置部は、均熱板２に７カ所の凹部
を設け、セラミック製のウエハ載置ピンを埋め込み０．
０１ｍｍの間隔をおいてウエハを載置する構造とした。

【００８２】作製した均熱板について、プリント性、耐
電圧、ウエハ部の温度ばらつきについて評価した。特に
ウエハ部の温度ばらつきについては、発熱パターンのく
せが検出できるように測温ウエハを回転させたり、位置
をずらしたりして評価した。

【００８３】それぞれの結果は表３に示す通りである。

【００８４】

【表３】

【００８５】表３から判るように、均熱板２の厚みｔ
が、１ｍｍ≦ｔ≦８ｍｍでは、ウエハ温度ばらつき及び
温度変更時間特に冷却時間が４分以内で完了し良好な結
果が得られた。しかし、０．５ｍｍ以下ではウエハ温度
ばらつきが大きくなり不適であった。これは厚みが薄す
ぎて熱拡散が不十分な為と考えられる。逆に１０ｍｍ以
上ではウエハ温度ばらつきは良好な結果をしましたが、
温度変更に４分を越える時間を要し不適と判断した。こ
れは厚みが厚くなりすぎて熱容量が大きくなったためで
ある。

【００８６】実施例５熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋの炭化珪素質焼結体に研削
加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３４０ｍｍ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。ついで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着するため、
導電材として２０重量％のＡｕ粉末と１０重量％のＰｔ
粉末と７０重量％のガラスを所定量のバインダーおよび
溶剤と混合したペーストを、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４５０℃で３０分間脱脂処理
を施したあと、５００〜７００℃の温度で焼き付けを行
うことにより、厚みが５０μｍの発熱抵抗体５を形成し
た。

【００８７】ウエハ載置部は、均熱板に７カ所の凹部を
設け、セラミック製のウエハ載置ピンを埋め込み構造と
し、この載置ピンの高さを調整知ることにより、ウエハ
と均熱板との距離ｄ２を０．００２ｍｍ、０．００５ｍ
ｍ、０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０７ｍｍに調整
した。

【００８８】作製した均熱板について、プリント性、耐
電圧、ウエハ部の温度ばらつきについて評価した。特に
ウエハ部の温度ばらつきについては、発熱パターンのく
せが検出できるように測温ウエハを回転させたり、位置
をずらしたりして評価した。

【００８９】それぞれの結果は表４に示す通りである。

【００９０】

【表４】

【００９１】表４から判るように、ウエハと均熱板との
距離ｄ２が、０．０５ｍｍ≦ｄ２≦０．５ｍｍではウエ
ハ温度ばらつき、到達安定時間共に良好な結果がえられ
た。しかしｄ２が０．０２ｍｍについては温度ばらつき
が大きくなった、これはウエハ自体の反りよって、均熱
板に部分的に接触してしまったために生じたと考えられ
る。逆にｄ２が０．７ｍｍ以上では、ウエハ温度ばらつ
きは良好であったが、常温のウエハを均熱板に載置して
から目標の温度に到達安定するまでの時間が１分間を越
えた為、不適と判断した。これは、ｄ２が広すぎるとウ
エハへの熱伝達に時間がかかるためと、均熱板側では熱
引けが鈍くなるため温度低下が遅れ、出力アップに時間
が掛かり昇温が遅れるとい悪循環が起きるためである。

【００９２】

【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、発
熱抵抗体が設置された有効発熱エリアの任意の１０ｍｍ
四方の領域における発熱抵抗体の面積をＳ１、面積比Ｓ
＝Ｓ１／１００ｍｍ²とし、発熱抵抗体の幅をＰとし、
発熱抵抗体間のギャップをＧとしたとき、０．１５≦Ｓ≦０．８５０．３≦Ｐ≦６．７１×Ｓ²＋１．５２０．３≦Ｇ≦６．７１×（１−Ｓ）²＋１．５５を同時に満たすことをにより、均熱性に優れ、短時間で
の温度変更が可能なウエハ加熱装置を提供する事ができ
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発熱抵抗体の一例を
示す平面図である。

【図３】本発明のウエハ加熱装置の発熱抵抗体の一例を
示す平面図である。

【図４】（ａ）（ｂ）は本発明のウエハ加熱装置におけ
る任意の１０ｍｍ四方の領域を示す平面図である。

【図５】本発明のウエハ加熱装置における発熱抵抗体の
面積比Ｓと幅Ｐ，ギャップＧとの関係を示すグラフであ
る。

【図６】従来のウエハ加熱装置の構成を示す断面図であ
る。

【図７】従来のウエハ加熱装置における発熱抵抗体の一
例を示す平面図である。

【図８】従来のウエハ加熱装置におけるウエハ支持部を
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：導通端子８：弾性体１０：熱電対１１：支持体２２：均熱板６２：発熱抵抗体６３：電極部６４：センサー取り付け穴Ｗ：半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/68 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７

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、発熱抵抗体が設置された有効発熱エリ
アの任意の１０ｍｍ四方の領域における発熱抵抗体の面
積をＳ１、上記領域の面積に対する発熱抵抗体の面積比
をＳ＝Ｓ１／１００ｍｍ²、発熱抵抗体の幅をＰ、発熱
抵抗体間のギャップをＧとしたとき、０．１５≦Ｓ≦０．８５０．３≦Ｐ≦６．７１×Ｓ²＋１．５２０．３≦Ｇ≦６．７１×（１−Ｓ）²＋１．５５を同時に満たすことを特徴とするウエハ加熱装置。
【請求項２】前記均熱板の厚みが１〜８ｍｍ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。
【請求項３】前記発熱抵抗体の外径が載置するウエハの
外径に対して１０２％〜１２０％の範囲で形成されてい
ることを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
【請求項４】前記発熱抵抗体の抵抗温度係数（ＴＣＲ）
が３０００ｐｐｍ／℃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。
【請求項５】前記発熱抵抗体に部分的にトリミングが施
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。