JP2002329652A

JP2002329652A - ウェハ加熱装置

Info

Publication number: JP2002329652A
Application number: JP2001133232A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Uchiyama; 京治内山
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】ウェハ加熱装置において、熱引きを発生したり
するような構造物と接続する場合、その接続部近傍の発
熱量を増大させる等の手法が取られるが、室温に冷えた
ウェハＷを載置面に載置し、発熱抵抗体を発熱させ、ウ
ェハＷの加熱処理を行った場合、発熱量を増大させた部
分のみ、他の部分より温度上昇が速く、昇温過渡時の温
度分布が不均一になってしまうという課題があった。【解決手段】ウエハ加熱装置において、Ｙ＝発熱抵抗体
の外径Ｂ／均熱板の外径Ｃ、Ｘ＝均熱板の厚み（ｍｍ）
としたとき、Ｙ≧０．０２Ｘ＋０．７且つＹ≧−０．０
２Ｘ＋０．９且つＹ≦−０．０２Ｘ＋１．０８且つＹ≦
０．９６且つ２≦Ｘ≦８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、ウェハＷを載せる載置面と
し、他方の主面には絶縁層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３
１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に絶縁材３
９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、加熱用のヒータを備えたウェハ
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ケーシング等の構造物と接
続する場合、その接続部近傍の発熱量を増大させる等の
提案がされている。

【０００７】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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、熱引きを発生
する接続部近傍の発熱量を増大させる従来の方法では、
温度が飽和し安定した状態では均一な温度分布で加熱す
ることが可能であるが、所定の温度に制御された加熱装
置３１の載置面３３に室温に冷えたウェハＷを載置し、
ウェハＷの加熱処理を行った場合、発熱量を増大させた
部分のみ、他の部分より温度上昇が速く、昇温過渡時の
温度分布が不均一になってしまったり、発熱量を増大さ
せた部分のみ早期に抵抗変化が発生し短期間に温度均一
性の劣化を招くという課題があった。

【０００９】また、均熱板３２の厚みを増すことによ
り、均熱板３２内での熱伝導効率を上げ温度均一性を向
上させるという手法も考えられるが、逆に熱電対４０の
温度検知が鈍くなり、昇温過渡時の温度バラツキを発生
させてしまう。

【００１０】また、発熱抵抗体３５を支持体４１に接す
る部分まで大きくし、熱引き量に見合う発熱量を確保す
るという手法も考えられるが、支持体４１との接合によ
る機械的負荷や、支持体４１への熱引きによる熱応力の
影響により、発熱抵抗体３５が早期に抵抗変化し、加熱
装置３１の寿命が短くなるという問題が発生した。

【００１１】

【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、他方の主面ま
た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、前記均熱板をケーシングに保持してなるウエハ加熱
装置において、Ｙ＝発熱抵抗体の外径Ｂ／均熱板の外径
Ｃ、Ｘ＝均熱板の厚み（ｍｍ）としたとき、Ｙ≧０．０
２Ｘ＋０．７且つＹ≧−０．０２Ｘ＋０．９且つＹ≦−
０．０２Ｘ＋１．０８且つＹ≦０．９６且つ２≦Ｘ≦８
を満たすウエハ加熱装置とすることにより、上記課題を
解決できることを見出した。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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１９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。

【００１６】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。さら
に、均熱板２には、温度制御用のセンサーである熱電対
１０を設置しており、該熱電対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。

【００１７】本発明のウェハ加熱装置１は、図１に示す
ように載置面３には複数の凹部１５が形成されており、
該凹部１５の中にウェハＷを支えるための支持ピン１４
を配置している。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。支持ピン１４は、略同心円上に配置するの
が好ましい。これはウェハＷを安定して載置する為であ
る。そして、前記支持ピン１４の載置面３からの突出高
さは、０．０５〜０．５ｍｍに調整されている。

【００１８】前記突出高さが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。

【００１９】なお、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、図３に示すように固定治具２４を凹部１５
の上部に設置する。この固定治具２４は、支持ピン１４
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べきである。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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熱電対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。

【００２３】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。

【００２４】ところで、このような特性を満足するに
は、図２に示すように、Ｙ＝発熱抵抗体５の外径Ｂ／均熱板２の外径ＣＸ＝均熱板２の厚み（ｍｍ）としたとき、Ｙ≧０．０２Ｘ＋０．７Ｙ≧−０．０２Ｘ＋０．９Ｙ≦−０．０２Ｘ＋１．０８Ｙ≦０．９６２≦Ｘ≦８とする。

【００２５】これは、均熱板２の厚みＸが２ｍｍ未満に
なると定常時及び過渡時の温度バラツキが大きくなり、
Ｘ＞８、Ｙ＜−０．０２Ｘ＋０．９、Ｙ＜０．０２Ｘ＋
０．７、Ｙ＞−０．０２Ｘ＋１．０８となると過渡温度
バラツキが大きくなるという不具合が生じるので好まし
くない。また、Ｙが０．９６を越えると冷熱サイクルに
よる寿命が著しく短くなるという不具合が生じるので好
ましくない。

【００２６】またパターンとして形成される発熱抵抗体
５の大きさは、支持体１１の均熱板２保持部と発熱抵抗
体５との距離Aを２mm以上とし、且つ、発熱抵抗体５の
最外径Bが、処理されるウェハＷ外径より５ｍｍ以上大
きくすると良い。これは、支持体１１の均熱板２保持部
と発熱抵抗体５との距離が２mm未満となると、支持体１
１への熱引きによる熱応力により、発熱抵抗体５の寿命
が著しく低下してしまう。また、発熱抵抗体５の大きさ
と処理されるウェハＷの大きさの差が５ｍｍ未満となる
とウェハＷの温度分布が悪くなってしまう。

【００２７】また載置面３の大きさ即ち均熱板２の外径
Ｃは、ウェハＷの大きさの１０７．５〜１３０％とする
ことが好ましい。これは１０７．５％未満になると、定
常時の温度バラツキが１０℃を越えてしまう。逆に１３
０％を越えると消費電力が３００Ｗを越えてしまう。こ
れに対し１０７．５％〜１３０％とすると定常時温度バ
ラツキ１℃以下、過渡時温度バラツキ１０℃以下、消費
電力３００Ｗ以下にすることができる。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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１００μ〜６００μｍ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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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、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９０
０〜１０００℃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。

【００４４】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。

【００４５】

【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３００ｍ
ｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得た。

【００４６】この焼結体の両主面及び外周部に研削加工
を施し、板厚１ｍｍ間隔で１〜９ｍｍ、外径２５０ｍｍ
の９種類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４００μｍ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。また、
パターン外径は、φ１９０〜２５０mmの間を、１０ｍｍ
間隔で７種類準備した。

【００４７】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を形成し、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。

【００４８】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。また、支
持体１１の均熱板２の支持部幅を３ｍｍとした。

【００４９】また、均熱板２の載置面３の平坦度を４０
μmとした。

【００５０】また、支持ピン２０の載置面３からの突出
高さは、１００μm、数は外周部に３個、中央部に１個
の構成とした。

【００５１】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点の定常時の温度バラツキを測
定した後、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評価した。評
価の判定基準としては、２００℃の定常温度バラツキ
が、１℃以下、ウェハＷの昇温過渡時の温度バラツキが
１０℃以下のものをＯＫとし、それ以上となるものはＮ
Ｇとした。その後、昇温速度２００℃／ｍｉｎ、冷却速
度５０℃／ｍｉｎで、４０℃と２００℃間の冷熱サイク
ル試験を行い、１０００サイクル毎に、同様の温度分布
評価を行いNGとなるまで評価した。また、３００００サ
イクル時点でＯＫのものは、３００００サイクルＯＫと
して評価を終了した。判定基準は、ＮＧとなるまでのサ
イクル数が、１００００サイクル以上のものをOKとして
判定した。

【００５２】結果を表１および図５に示した。

【００５３】

【表１】

【００５４】表１及び図５から判るように、均熱板２の
厚みをＸ、発熱抵抗体５の外径Ｂ／均熱板２の外径Ｃを
Ｙとした時、Ｘが２ｍｍ未満または８ｍｍを越えると過
渡温度バラツキが１０℃を越えてしまった。また、Ｙが
０．９６を越えると冷熱サイクル試験結果が３０００サ
イクル未満でＮＧになってしまった。また、Ｙ＜−０．
０２Ｘ＋０．９、Ｙ＜０．０２Ｘ＋０．７、Ｙ＞−０．
０２Ｘ＋１．０８となると過渡温度バラツキが１０℃を
越えてしまった。これに対し、２≦Ｘ≦８かつＹ≦０．
９６かつＹ≧−０．０２Ｘ＋０．９かつＹ≧０．０２Ｘ
＋０．７かつＹ≧−０．０２Ｘ＋１．０８とすることに
より、冷熱サイクル試験での寿命を１万サイクル以上、
定常時温度バラツキ１℃以下、過渡時温度バラツキ１０
℃以下とすることができた。

【００５５】実施例２ここでは、均熱板２の大きさを１０mm間隔で外径２１０
〜２７０ｍｍ、厚み４ｍｍとし、発熱パターンの大きさ
をφ１９０〜２７０mmの間を、５ｍｍ間隔で１７種類準
備し、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。その
後、実施例１と同様に温度分布、過渡特性の評価を実施
した。判定基準も、実施例１と同様にした結果を表２に
示した。

【００５６】

【表２】

【００５７】表２から判るように、均熱板保持部と発熱
抵抗体との距離が２ｍｍより近くなると、冷熱サイクル
試験での寿命が１万サイクル以下になる。また、発熱抵
抗体直径−ウェハ直径が５ｍｍ未満または、載置面に対
する発熱抵抗体の大きさを８０％未満になると定常時温
度バラツキが１℃を越え、過渡時温度バラツキが１０℃
を越えてしまった。これに対し、均熱板保持部と発熱抵
抗体との距離２mm以上とし、且つ、発熱抵抗体直径−ウ
ェハ直径を５ｍｍ以上大きくし、且つ、載置面に対する
発熱抵抗体の大きさを８０〜９６％することにより、冷
熱サイクル試験での寿命を１万サイクル以上、定常時温
度バラツキ１℃以下、過渡時温度バラツキ１０℃以下と
できた。また、この傾向は載置面外径すなわち装置の大
きさによらないことが分かる。

【００５８】実施例３ここでは、均熱板２の大きさを５mm間隔で外径２１０〜
２７０ｍｍ、厚み４ｍｍとし、発熱パターンの大きさを
均熱板２の９５％で固定し、実施例１と同様にしてサン
プルを作製した。その後、実施例１と同様に温度分布、
過渡特性の評価を実施した。その後。２００℃に再度加
熱し、３０分後、消費電力量を測定した。

【００５９】判定基準は、温度分布、過渡特性について
は、実施例１と同様とし、消費電力量については、２０
０Ｖ１５Ａの電力環境下で加熱装置１０台の同時使用が
可能なように、３００Ｗ以下の電力消費であったものを
OKとして判定した。

【００６０】結果を表３に示した。

【００６１】

【表３】

【００６２】表３から判るように、処理されるウェハの
直径に対するウェハ載置面の大きさが１０５％以下にな
ると、定常時温度バラツキが１℃を越え、過渡時温度バ
ラツキが１０℃になってしまった。また逆に、処理され
るウェハの直径に対するウェハ載置面の大きさが１３
２．５％以上になると消費電力が３００Ｗを越えてしま
った。これに対し、処理されるウェハの直径に対するウ
ェハ載置面の大きさを１０７．５〜１３０％とすること
により、定常時温度バラツキが１℃以下、過渡時温度バ
ラツキが１０℃以下、消費電力が３００Ｗ以下とするこ
とが出来た。

【００６３】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。

【００６４】

【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、他方の主面また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、前記均熱板をケーシングに保持して
なるウエハ加熱装置において、Ｙ＝発熱抵抗体の外径Ｂ
／均熱板の外径Ｃ、Ｘ＝均熱板の厚み（ｍｍ）としたと
き、Ｙ≧０．０２Ｘ＋０．７且つＹ≧−０．０２Ｘ＋
０．９且つＹ≦−０．０２Ｘ＋１．０８且つＹ≦０．９
６且つ２≦Ｘ≦８を満たすことを特徴とするウエハ加熱
装置とすることにより、ウェハを交換した際のウェハ温
度の昇温過渡時の温度バラツキを１０℃以下に小さく
し、１００００サイクルを越える長寿命の加熱装置を得
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の一例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明のウェハ加熱装置の部分断面図である。

【図３】本発明のウェハ加熱装置の支持ピン部の拡大図
である。

【図４】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。

【図５】本発明の請求範囲を示す図である。

【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Ａ：均熱板保持部と発熱抵抗体との距離Ｂ：発熱抵抗体外径Ｃ：均熱板外径Ｘ：均熱板の厚み

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 3/20 ３２８ 3/20 ３２８Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６６

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、他方の主面または内部に発熱抵
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、前記均熱板をケ
ーシングに保持してなるウエハ加熱装置において、Ｙ＝発熱抵抗体の外径Ｂ／均熱板の外径ＣＸ＝均熱板の厚み（ｍｍ）としたとき、Ｙ≧０．０２Ｘ＋０．７Ｙ≧−０．０２Ｘ＋０．９Ｙ≦−０．０２Ｘ＋１．０８Ｙ≦０．９６２≦Ｘ≦８を満たすことを特徴とするウエハ加熱装置。
【請求項２】前記ケーシングの前記均熱板保持部と前記
発熱抵抗体との距離Ａを２mm以上とし、且つ、前記発熱
抵抗体の外径Ｂが処理可能なウェハ外径より５ｍｍ以上
大きい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】前記均熱板の外径Ｃが、処理可能なウエハ
外径の１０７．５〜１３０％であることを特徴とする請
求項１記載または請求項２記載のウェハ加熱装置。