JP2003077788A - ウエハ加熱装置 - Google Patents
ウエハ加熱装置Info
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Abstract
エハを載せ替えた際の昇温過渡時に、両者の間で温度差
が大きくなるという問題があった。そして、この温度差
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ていた。 【解決手段】前記均熱板の厚みtと均熱板外径xとの関
係を0.007≦t/x≦0.035とし、載置面に該
載置面からの突出高さが0.05〜0.5mmとなる複
数の支持ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心から中
心部に少なくとも1点、中間部に少なくとも3点、最外
周部に少なくとも4点同心円状に配置され、かつ略同心
円上の支持ピンの突出高さのバラツキは15μm以下で
あり、かつ径方向の隣合う支持ピン間の均熱板のうねり
と、同心円上での隣合う支持ピン間の均熱板のうねりを
40μm以下とする。
Description
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装置あるいは回路基盤等のウ
エハ上に薄膜を形成したり、前記ウエ上に塗布されたレ
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。
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。
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
縮や温度精度の向上が要求されていた。
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3
2の一方の主面を、ウエハ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3
2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に絶縁層
39を介して固定されていた。
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
燥焼き付けしてウエハW上にレジスト膜を形成するよう
になっていた。
ウエハWの表面全体に均質な膜を形成し、レジスト膜の
加熱反応状態を均質にするためには、ウエハWの温度分
布を均一にすることが重要である。ウエハ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エハ加
熱装置において、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いた。
が必要になるという課題があり、簡単な構造で温度分布
を均一にできるようなウエハ加熱装置が求められてい
る。
23642号公報には、図5に示すように、均熱板52
の載置面53からウエハWを浮かせて支持するために3
個の支持ピン51を設置し、この位置を調整することに
より、ウエハWの反りを発生させることにより載置面5
3との間隔を調整し、ウエハWの温度を均一にすること
が示されている。
示すウエハ加熱装置は、ウエハWを均一に加熱するため
に均熱板52の温度分布を、ウエハWの反りを利用して
調整するようにしているが、均熱板52に温度分布があ
ることを前提にすると、その温度分布は面全体に一様で
はなく、ウエハWの反りで吸収できるものは極一部に過
ぎない.このような温度調整をすると、例えば、ウエハ
付け替え後の昇温過渡時の温度バラツキが大きくなり、
その結果、昇温時の温度分布が大きくなってしまうとい
う課題があった。
の間の間隔が一定でないと、ウエハWを載せ替えた際の
昇温過渡時に、前記間隔が小さい部分は均熱板32の昇
温の影響を大きく受けて速やかに温度が高めになり、逆
に前記部分が大きい部分はウエハWの温度が遅れ気味に
上昇するので、両者の間で温度差が大きくなるという問
題があった。そして、この温度差は、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。
エハWの温度分布をうまく調整できないという課題があ
った。
るために、ウエハ加熱装置の載置面に該載置面からの突
出高さが0.05〜0.5mmとなるような複数の支持
ピンを備え、そのバラツキを15μm以内とすることを
既に提案していた。
スループットを高めるため搬送速度が向上しており、こ
のような急速搬送を行ったウエハは加速度によってウエ
ハ加熱装置に載置された瞬間に撓んでしまい、ウエハ加
熱装置表面の均熱板に接触する場合が生じてきている。
また、使用されるウエハは必ずしも平坦なものでなく、
反ったものも存在する。そして、数μm以上の反りを持
つウエハに対しては、上記方法だけでは解決不十分であ
ることが判った。また、均熱板もウエハの大型化に伴
い、うねりや撓みが大きくなり、先の述べたウエハ自身
の反り、急速搬送に伴うウエハの撓みとにより、ウエハ
と均熱板との距離が不均一となり、レジストの焼き付け
が均一にできないという課題が生じるようになった。
直後の温度バラツキがなかなか解消されずに、温度が安
定するまでの時間が長くなったり、ウエハの温度分布を
考慮してウエハの支持ピンの高さを高くすると、温度を
均一にするために処理時間が長くなるという問題が生じ
たりするようになった。
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
板の厚みtと均熱板外径xとの関係が0.007≦t/
x≦0.035の関係であり、また載置面に該載置面か
らの突出高さが0.05〜0.3mmとなる複数の支持
ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心からウエハ径の
0.4倍の範囲内である中心部に少なくとも1点、ウエ
ハ径の0.4〜0.8倍の範囲内である中間部に少なく
とも3点、ウエハ径の0.8〜1倍の範囲内である外周
部に少なくとも4点以上それぞれ同心円状に配置され、
略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは15μm
以下であり、かつ隣合う支持ピン間の径方向の均熱板の
うねりと、隣合う支持ピン間の円周方向の均熱板のうね
りが40μm以下としたことを特徴とする。
あり、かつ前記支持ピンとウエハの接触面積は支持ピン
1本あたり10mm2以下であり、支持ピンの熱伝導率
y、熱板の熱伝導率sの関係が0.05≦y/s≦0.
60とすることを特徴とする。
説明する。
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、ウエハWを載
せる載置面3とすると共に、内部に発熱抵抗体5を形成
したものである。
の帯状電極部と直線上の帯状電極部とならなる略同心円
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。発熱抵抗体5は、金や銀、パラジウ
ム、白金族の金属や、タングステン、チタン、窒化チタ
ン、ニッケル等の高融点金属を使用することができる。
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。
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にウエハを載せ均熱板2の温度が変動したりした場
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の反りを抑制し、
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
ることを抑制できる。
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、不図示の空気噴射口や熱電対固定部が形成されて
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。
の関係t/xは、0.07≦t/x≦0.035とす
る。これは、t/xが0.007より小さいと、板厚が
薄すぎるために均熱板2のうねりが大きくなり温度バラ
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、t/xが0.0
35より大きくなると、均熱板2の熱容量が大きくなり
過ぎ、均熱板2を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。
数の凹部21が形成されており、該凹部21の中にウエ
ハWを支えるための支持ピン20を配置している。そし
て、前記支持ピン20の載置面3からの突出高さhは、
0.05〜0.3mmであり、該支持ピン20は載置面
3の中心部からウエハ径の0.4倍の範囲内である中心
部2aに少なくとも1点、ウエハ径の0.4〜0.8倍
の範囲内である中間部2bに少なくとも3点、ウエハ径
の0.8〜1倍の範囲内である最外周部2cに4点以上
配置され、略同心円上の支持ピン20cの突出高さhの
バラツキは15μm以下に調整されている。この突出高
さhは、図3に示すように支持ピン20の先端20aが
載置面3から突き出ている高さを意味している。
と、均熱板2の温度に影響され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0.3mmを越えると、ウエハW
の温度分布は小さくなるが、ウエハW交換後のウエハW
温度の昇温応答性が悪くなり、ウエハ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0.05〜0.3mm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
つウエハ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0.05〜0.2mmの範囲がよい。ウ
エハWの温度分布を均一にするためには、支持ピン20
の突出高さhを高くした方がいいが、該突出高さhを高
くすると温度の安定時間が遅くなってしまう。本発明者
等が検討した結果、ウエハWに関して±0.3℃という
厳しい温度分布を達成するためには、前記突出高さhを
上記の範囲とすることが好ましいことが判った。
部2aに少なくとも1点、前記中間部に少なくとも3
点、前記外周部に4点以上配置されないと、ウエハWの
載置状態が不安定となり、かつ略同心円状でなければ、
前記支持ピン20による作用点とウエハ重心が一致しな
いため、安定したウエハ載置は望めないためである。
には、該支持ピン20は載置面3の中心部2aに少なく
とも1点、中間部2bに少なくとも3点、外周部2cに
4点以上配列することが好ましい。
20cの外側に、径の大きな略同心円上の支持ピン20
d、20eを備えており、1つのウエハ加熱装置1にお
いて、異なる2種類以上のウエハ径に対応することがで
きる。例えば、外径300mmのウエハ加熱装置1でφ2
00mmとφ300mmのウエハWに対応する場合、ウエハ
加熱装置1の前記支持ピン20c、20dは、ウエハの
外周部2c、つまりφ180〜195mm上とφ280〜
295mm上に配列してあれば良く、前記支持ピン20
c、20dは1配列上に少なくとも3点配置してあれば
良い。
1点の支持ピン20bを設置したのは、ウエハWは0.
7mm程の厚みしかなく非常に撓みやすいため、ウエハW
を載置した瞬間等に均熱板2表面にウエハWの裏面が触
れる恐れがあり、この時点でウエハWの温度分布が著し
く悪化してしまったり、ウエハW自身の反りが大きく、
均熱板2に触れてしまったりすることを抑制するためで
ある。もちろん、ウエハWの中央部に設置された前記支
持ピン20bも、載置面3からの突出高さhは0.05
〜0.3mmでなければならない。
mへ大型化するに伴い、最外周のウエハWの撓みが従来
に対し約2倍程度大きくなったり、また、均熱板2自体
の撓みも約1.6倍程度大きくなったりする傾向があっ
た。その結果、ウエハWを入れ替えた際の昇温過渡時の
温度ばらつきにより、レジスト焼き付けのばらつきによ
る製品歩留りが悪くなるという問題があった。従って、
本発明は均熱板2のうねりを防止するために、均熱板2
の外辺を弾性体を介してネジ止め締めする構造にした。
さらに、撓んだ均熱板2とウエハWとの距離一定に保つ
ようにウエハWを支える支持ピン20間の均熱板2のう
ねりの大きさに着目した。その結果、径方向の隣合う支
持ピン20間の均熱板2のうねりL、および径方向の隣
合う支持ピン20間の均熱板2のうねりMを40μm以
下にすることにより、±0.3℃以内の温度精度を達成
することができるようになった。ここで、隣合う支持ピ
ン20間の距離とは、図2に示したように、それぞれの
支持ピン20の中で最も近い距離の支持ピン20間の距
離を意味する。
0mmであり、かつ該支持ピン20とウエハWとの接触
面積は支持ピン20の1本あたり10mm2以下で、か
つ前記支持ピンの熱伝導率y、均熱板2の熱伝導率sの
関係が0.05≦y/s≦0.60であることが好まし
いことを見出した。すなわち、ウエハWを載せ替えた際
の昇温過渡時において、支持ピン20からの熱伝導によ
る温度ばらつきを小さくできることを見出した。
伝導率sとの関係y/sが0.05より小さいと、支持
ピン20を介しての熱伝導によりウエハWに供給される
熱量が、均熱板2からの輻射によりウエハWに供給され
る単位面積あたりの熱量より小さくなり、支持ピン20
で支えられた部分のウエハWの昇温が遅くなり、温度差
が大きくなる。逆に、y/sが0.60より大きくなる
と、支持ピン20に接している部分のウエハW部の昇温
上昇が早くなってしまい、温度差が大きくなる。これに
対し、前記y/sを0.05〜0.60とすると、良好
な温度分布を維持することが可能となる。
0mmとしたのは、前記支持ピン20によって阻害され
てしまう均熱板2からウエハWへの熱伝達を、前記支持
ピン20がウエハWに直接触れることによる熱伝導によ
って、バランス良く補わなければならないからである。
mより小さくなると、前記支持ピン20からウエハWに
伝わる熱量が減少し、ウエハWの前記支持ピン20で支
持部分のみが低温となってしまい、逆に前記支持ピン2
0の径がφ10mmより大きくなると、前記支持ピン2
0からウエハWに伝わる熱量が大きすぎて、ウエハWの
前記支持ピン20で支持部分のみが高温となってしまう
ためである。
積を支持ピン1本あたり10mm2以下としたのは、前記
支持ピン20とウエハWの接触面積が10mm2を越え
ると支持ピン20からの伝熱量が増え、この部分のウエ
ハ温度が上昇しウエハの温度ムラとなってしまうからで
ある。よって、前記支持ピン20は、先細り加工や先端
R面加工など先端形状を変化させることによって、前記
支持ピン20とウエハの接触面積を支持ピン1本あたり
10mm2以下とし、より望ましくは3mm2以下とした方
が良い。なお、ウエハWに対するパーティクル付着を低
減させる観点からも、ウエハWに接触する支持ピン20
の面積は少なくする方が好ましい。
0の先端20aは曲面形状をなすとともに、該曲面部分
の表面粗さ(Ra)は0.8μm以下とすることが好ま
しい。なぜならば、ウエハWに対するパーティクル付着
を低減させるためには、ウエハWを支持する部材はウエ
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、ウエハWに接触する面積は少ない方が良いため
である。ウエハWに接触する面積を極小とするには、前
記支持ピン20の先端20aは鋭利形状とすべきである
が、逆にウエハWを削り取りパーティクルを発生させる
恐れがある。よって、前記支持ピン20の先端20aは
曲面形状とするとともに、該曲面部分の表面粗さ(R
a)は0.8μm以下として、ウエハWと摺動してもウ
エハWや前記支持ピン20自身を傷つけないような滑ら
かな仕上げとしなければならない。
cの突出高さhのバラツキが15μmを越えると、ウエ
ハWを載せ替えた際の昇温過渡時に、載置面3とのギャ
ップが小さい部分は均熱板2の昇温の影響を大きく受け
て温度は速やかに上昇し、逆に前記ギャップが大きい部
分はウエハWの温度が遅れながら上昇するので、両者の
間で温度差が過大となってしまうので好ましくない。ゆ
えに、略同心円上の支持ピン20cの突出高さhのバラ
ツキは、15μm以下としなければならない。
に単に載置しておくだけでよい。その場合、脱落を抑制
するために、図3に示すように固定治具24を凹部21
の上部に設置する。この固定治具24は、支持ピン20
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。
0μm以下好ましくは50μm以下とすることが好まし
い。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。
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。
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より持ち上げたりす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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、面粗さを算術平均粗
さ(Ra)で0.1μm〜0.5μmに研磨しておくこ
とが好ましい。
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。
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。
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、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、樹脂の焼き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。
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。
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。
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き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。
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。
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、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900〜1000℃で焼き付けることにより、内部
の発熱抵抗体5の酸化を抑制することができる。
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、ガラスの焼き付
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たりし易いからである。
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焼結体を得た。
施し、外径300mm、板厚を1〜10mmの円盤状を
した均熱板2を作製した。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70
0〜900℃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45
0℃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。
4分割し、中央部を加えた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。
190mm、φ290mmの4等配、6等配の位置および
中央部に凹部21を形成し、同心円上の支持ピン20は
載置面3からの突出高さhを100μmとした。
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、10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。
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。
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エハ加熱装置1
とした。
xの関係t/xを0.005、0.007、0.01
3、0.020、0.030、0.035、0.040
と変えた均熱板2を用いたウエハ加熱装置1を準備し
た。
さhを30、50、100、200、300、400μ
mと変量したウエハ加熱装置1を準備した。測定方法
は、凹部21から半径10mmの円周上の4等分点の高
さを基準に支持ピン20の頭の高さを1μm精度のデプ
スゲージを用いて測定した。
cにそれぞれ支持ピン20を形成しないサンプルを準備
して、この影響を調べた。
て、均熱板2上の中間部2bおよび外周部2cの支持ピ
ン20間のうねりを10〜50μmと変えたサンプルを
作製した。
以外の詳細は、表1に示した。
熱装置1の導電端子7に通電して200℃で保持し、載
置面3の上に載せたウエハ表面の温度分布を、均熱板2
の同心円上の各点の温度バラツキが1℃以内となること
を確認した後、150℃に30分保持したのち、ウエハ
Wを載せてウエハWが150℃に保持されるまでのウエ
ハW面内の温度バラツキの過渡特性を評価した。評価基
準としては、ウエハWを入れ替えた際の昇温過渡時の温
度バラツキが10℃以下のものをOKとし、10℃を越
えるもとをNGとした。また、ウエハ面の温度上昇時に
おける温度のオーバーシュートが0.3℃以内をOK、
0.3℃を越えるとNGとした。なお、ここでいうオー
バーシュートとは、均熱板2の温度を制御してウエハ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。
評価において、ウエハ載置後50秒以内に温度バラツキ
が±0.3℃以内に安定するものをOKとし、温度バラ
ツキが±0.3℃以内に安定する時間が50秒を越える
ものをNGと判定定した。
Kのものを◎、4/5OKのものを○、3/5〜2/5
を△、1/5以下を×とした。
径xとの関係t/xが0.007より小さいNo.1
は、均熱板2のうねりが大きくなり昇温過渡時の温度ば
らつきが10℃以上になり、NGとなった。また、t/x
が0.035より大きいNo.7は、均熱板2の熱容量
が大きくなるため安定するまでの時間が50秒以上とな
りNGであった。これに対し、t/xが0.007〜0.
035であるNo.2〜6は、昇温過渡時の温度ばらつ
きが10℃以下、安定するまでの時間は50秒で良好な
結果が得られた。
高さhが30μmと低いNo.8は、均熱板2からの熱
をウエハWが直接受けるため、昇温過渡時の温度ばらつ
きが大きくなった。また、前記突出高さhを400μm
としたNo.13は、オーバーシュートは良好な結果で
あるが、温度が±0.3℃の範囲に安定するまでの時間
が50秒以上かかりNGであった。また、同円周上の支
持ピン20の突出高さhのバラツキが20μmと大きな
No.16は、温度バラツキが大きくなった。これに対
し、前記突出高さhが50〜300μmであるNo.9
〜12およびNo.14〜15は、温度のオーバーシュ
ート、温度分布が±0.3℃の範囲内に安定するまでの
時間が5/5全てOKになり、良好な結果が得られた。
としたものの中で、均熱板2に支持ピン20を設置しな
かったNo.17〜19については、ウエハ載置直後に
ウエハWが撓んでしまい、温度バラツキが5ヶ中5ヶと
も全て10℃以下とすることはできなかった。
れかの支持ピン20間のうねりが40μmを越えるN
o.21〜23は、温度バラツキが大きくなるので好ま
しくない。これに対し、前記うねりが40μm以下であ
るNo.20、2〜6、9〜12、14、15は、良好
な温度分布が得られた。
らの熱伝導の影響を調べた。支持ピン20の形状によっ
て生じる過渡特性に関する実験を行った。
置1を作製した。
さhを100μmとし、支持ピン20の外径を1〜12
μmの範囲、支持ピン20とウエハWの接触面積を0.
7〜20mm2の範囲で調整したサンプルをサンプルを
準備した。
m以下で、支持ピン20は純度の異なるアルミナ製のセ
ラミックスを準備した。また、これらのサンプルについ
て、実施例1と同様に、ウエハWを入れ替えた際の昇温
過渡時の温度バラツキ、オーバーシュートの大きさと、
ウエハW温度が±0.3℃の範囲内に安定するまでの時
間を評価した。
す。
たときの支持ピン20の突出高さhは0.05〜0.3
mmであって、かつ前記支持ピン20の径はφ2〜φ1
0mmであり、かつ前記支持ピン20とウエハWの接触
面積は、支持ピン20の1本あたり10mm2以下とす
れば過渡特性に有効であることが判った。支持ピン20
の影響を小さくするためには、さらに望ましくは3mm
2以下が良い。
導率sとの比y/sと、ウエハWの温度分布の関係を評
価した。
し、均熱板2の材質を炭化珪素と窒化アルミニウムと
し、支持ピン20の材質をジルコニア、アルミナ(純度
92%、99.5%、99.99%、炭化珪素、窒化ア
ルミニウムと変更して、前記y/sの値を0.02〜
2.56の間で変更して、評価方法は実施例1と同様な
方法でサンプル間の差を調べた。
す。
導率の比がy/sが0.05より小さいNo.1は、支
持ピンからの熱伝導が伝わり難いので、支持ピン20と
接触した部分の温度が低くなる傾向があり、昇温過渡時
の温度ばらつきが大きくなり、歩留まりが低下する傾向
を示した。逆に、前記熱伝導率の比y/sが0.60よ
り大きいNo.10〜12は、支持ピン20からの熱伝
導が大きくなる傾向になり、支持ピン20を介して早く
熱が伝わるので昇温過渡時の温度ばらつきが大きくなっ
た。これに対し、0.05≦y/s≦0.60としたN
o.2〜9は、ウエハWを交換した際のウエハW温度の
昇温過渡時のばらつきが10℃以下となり、オーバーシ
ュート量を小さくできるとともに、所定温度に対するウ
エハWの温度が安定するまでの時間を短縮でき、その安
定温度のばらつきを小さくできることが判った。
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
記均熱板の厚みtと均熱板外径xとの関係が0.007
≦t/x≦0.035の関係であり、また載置面に該載
置面からの突出高さが0.05〜0.3mmとなる複数
の支持ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心からウエ
ハ径の0.4倍の範囲内の中心部に少なくとも1点、ウ
エハ径の0.4〜0.8倍の範囲の中間部に少なくとも
3点配列され、ウエハ径の0.8〜1倍の範囲内の最外
周部に少なくとも4点以上それぞれ同心円状に配置さ
れ、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは15
μm以下であり、かつ隣合う支持ピン間の径方向の均熱
板のうねりと、隣合う支持ピン間の円周方向の均熱板の
うねりを40μm以下とすることにより、ウエハを交換
した際のウエハ温度の昇温過渡時のばらつきが10℃以
下とし、オーバーシュート量を小さくするとともに、所
定温度に対するウエハ温度が安定するまでの時間を短縮
し、その安定温度のばらつきを小さくすることが可能と
なる。
平面図であり、(b)はそのX−X断面図である。
面図である。
ある。
Claims (3)
- 【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、前記均熱板の厚みtと均熱板外径xと
の関係が0.007≦t/x≦0.035の関係であ
り、また載置面に該載置面からの突出高さが0.05〜
0.3mmとなる複数の支持ピンを備え、該支持ピンは
載置面の中心からウエハ径の0.4倍の範囲内である中
心部に少なくとも1点、ウエハ径の0.4〜0.8倍の
範囲内である中間部に少なくとも3点、ウエハ径の0.
8〜1倍の範囲内である外周部に少なくとも4点以上そ
れぞれ同心円状に配置され、略同心円上の支持ピンの突
出高さのバラツキは15μm以下であり、かつ隣合う支
持ピン間の径方向の均熱板のうねりと、隣合う支持ピン
間の円周方向の均熱板のうねりを40μm以下としたこ
とを特徴とするウエハ加熱装置。 - 【請求項2】前記支持ピンの径はφ2〜φ10mmであ
り、かつ前記支持ピンとウエハの接触面積は支持ピン1
本あたり10mm2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3】前記支持ピンの熱伝導率y、均熱板の熱伝
導率sの関係が0.05≦y/s≦0.60であること
を特徴とする請求項1および2記載のウエハ加熱装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003077788A true JP2003077788A (ja) | 2003-03-14 |
JP3860732B2 JP3860732B2 (ja) | 2006-12-20 |
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---|---|---|---|---|
JP2005259917A (ja) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体製造装置用セラミックスヒータ |
JP2009194745A (ja) * | 2008-02-15 | 2009-08-27 | Seiko Instruments Inc | 圧電振動片の製造方法、圧電振動片、圧電振動子、発振器、電子機器、電波時計、ウエハ及びウエハ用治具 |
-
2001
- 2001-08-31 JP JP2001262743A patent/JP3860732B2/ja not_active Expired - Fee Related
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