JP2003100856A - ウェハ支持部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェハの昇温時間及び冷却時間を効果的に短縮
することが可能なウェハ支持部材を提供する。 【解決手段】ウェハ支持部材１を、板状セラミック体２
の載置面４と反対側の表面近傍に静電吸着用電極５を埋
設したウェハステージ２と、導電性プレート８と、リフ
ト機構１２とから構成し、上記板状セラミック体２の下
面にはガス溝７を形成するとともに、上記導電性プレー
ト８には上記ガス溝７と連通するガス導入孔１０を設
け、載置面４に載せたウェハＷを加熱する時には、リフ
ト機構１２によってウェハステージ２を導電性プレート
８より切り離し、載置面４に載せたウェハＷを冷却する
時には、リフト機構１２によってウェハステージ２を導
電性プレート８に当接させるとともに、静電吸着用電極
５に通電して静電吸着力を発現させ、ウェハステージ２
を導電性プレート８に吸着固定させ、かつガス導入孔１
０よりガス溝７に不活性ガスを供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置や液晶
装置の製造工程において、半導体ウェハや液晶用ガラス
等のウェハを保持した状態で加熱、冷却するのに使用す
るウェハ支持部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置や液晶装置等の電子機器を製
造する場合、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハ上
に絶縁膜や金属膜等の薄膜を形成する工程やそれらをエ
ッチングしてパターニングする工程が繰り返し行われて
おり、これらの工程中、ウェハを保持するためにウェハ
支持部材が用いられている。また、成膜やエッチング等
の工程では、加工中のウェハ温度が加工速度や加工精度
に大きな影響を及ぼし、また、ウェハの加熱や冷却に要
する時間がプロセス時間の大きな割合を占めることか
ら、ウェハ温度を正確に素早く制御し、加熱、冷却時間
を短時間で行うことが要求されている。

【０００３】従来、ウェハを保持するウェハ支持部材と
しては、図５に示すように、板状セラミック体４３の上
面をウェハＷを載せる載置面４４としたウェハステージ
４２と、冷却水等を流す通路４６を備えた金属製の導電
性プレート４５とからなり、上記ウェハステージ４２の
載置面４４と反対側の表面に導電性プレート４５を金属
ボンディング等の技術により接合したものが使用されて
いた。

【０００４】そして、このウェハ支持部材４１を用いて
ウェハＷに加工を施すには、ウェハＷを載置面４４に載
せた状態で載置面４４の上方に配置されたランプ（不図
示）を点灯させることにより、ウェハＷ及びウェハステ
ージ４２を所定の加工温度に間接的に加熱し、ウェハＷ
に成膜処理やエッチング処理を施した後、ランプ（不図
示）の点灯を止めるとともに、導電性プレート４５の通
路４６に冷却水を流してウェハＷを室温付近にまで冷却
することにより加工したウェハＷを取り出すようになっ
ていた。

【０００５】また、上述したようなランプ加熱では、ウ
ェハＷを所定の温度に昇温するのに時間を要することか
ら、この昇温時間を短縮するため、ウェハステージ４２
を形成する板状セラミック体４２中にヒータ用電極を埋
設し、このヒータ用電極に通電してウェハステージ４２
を発熱させることにより載置面４４に載せたウェハＷを
直接加熱するようにしたものや、ウェハステージ４２を
形成する板状セラミック体４３中の載置面４４近傍に静
電吸着用電極を埋設し、この静電吸着用電極とウェハＷ
との間に電圧を印加して静電吸着力を発現させることに
よりウェハＷを載置面４４に強制的に吸着させ、ウェハ
Ｗの温度分布がより均一になるようにしたものも提案さ
れている。

【０００６】ところが、ウェハステージ４２と導電性プ
レート４５とを金属ボンディング等にて接合したウェハ
支持部材４１は熱容量が大きいため、ランプ加熱やヒー
タ用電極による直接加熱に関係なく、ウェハステージ４
２を所定の温度に発熱させるのに、ウェハステージ４２
のみを発熱させる場合と比較してかなり長い時間を要す
ることから、結果としてウェハＷを所定の温度に加熱す
るまでの昇温時間が長くなり、スループットを向上させ
ることができないといった課題があった。

【０００７】そこで、特開平１１−１１１８２９号公報
では、図６に示すように、ウェハステージ４２にヒータ
用電極４７を備えた構造において、ウェハステージ４２
と導電性プレート４５とを接合せずに単に当接させた構
造とし、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック
体４３中の下面側近傍に静電吸着用電極４８を設け、ウ
ェハステージ４２の載置面４４に載せたウェハＷを加熱
する時には、ヒータ用電極４７に通電してウェハステー
ジ４２を発熱させ、ウェハＷを所定の温度に加熱し、ウ
ェハステージ４２の載置面４４に載せたウェハＷを冷却
する時には、静電吸着用電極４８に通電して導電性プレ
ート４５との間に静電吸着力を発現させ、上記ウェハス
テージ４２と導電性プレート４５とを強制的に吸着固定
させることにより両者の熱伝達効率を高めて急冷するよ
うにしたウェハ支持部材５１が提案されている。

【０００８】このウェハ支持部材５１によれば、ウェハ
Ｗの加熱時にウェハステージ４２が導電性プレート４５
と密着していないため、ウェハステージ４２を加熱させ
た時に導電性プレート４５へ逃げる熱量を抑えて昇温速
度を向上させることができることから、一つのウェハＷ
に加工を施すのに要するトータル時間を短縮することが
できるといった利点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すウェハ支持部材５１においても、冷却速度は高める
ことができず、５０℃/分以上の冷却速度を得ることは
できなかった。

【００１０】また、ウェハＷの加熱時にはウェハステー
ジ４２と導電性プレート４５との間に静電吸着力を働か
せていないものの、ウェハステージ４２を導電性プレー
ト４５上に載せた構造であることから、その接触部をミ
クロ的に見ると部分的に接触しており、ウェハステージ
４２の熱が導電性プレート４５に伝達されるため、ウェ
ハＷを所定の温度に加熱するのに要する昇温時間をさら
に短縮することができなかった。

【００１１】しかも、加熱、冷却を繰り返すと、ウェハ
ステージ４２の下面には電荷が帯電し、ヒータ用電極４
７への通電を止めてもウェハステージ４２と導電性プレ
ート４５との間には残留吸着力と呼ばれる静電気力が発
生し、ウェハステージ４２と導電性プレート４５との接
触面積が増えるため、ウェハＷの加熱時には、ウェハス
テージ４２の熱が導電性プレート４６へ流れ易くなり、
ウェハＷを所定の温度に加熱するまでの昇温時間が長く
なるといった不都合もあった。

【００１２】また、ウェハ一枚当たりの生産性を高める
ため、ランプ出力やヒータ用電極４７への出力を高めて
ウェハ支持部材５１をさらに急速昇温すると、ウェハス
テージ４２の熱容量が大きいことから、ウェハステージ
４２を形成する板状セラミック体４３に作用する熱応力
が大きくなり過ぎ、ウェハステージ４２が破損するとい
った恐れもあった。

【００１３】

【発明の目的】本発明はこのような課題に鑑み発明され
たものであり、その第一の目的は、ランプ加熱及びヒー
タ用電極による直接加熱において、ウェハを所定の加工
温度まで加熱するのに要する昇温時間及び加工温度から
室温付近にまで冷却するのに要する冷却時間を効果的に
短縮することが可能なウェハ支持部材を提供することに
ある。

【００１４】また、第二の目的は、５０℃／分以上の急
冷させても破損することのないウェハ支持部材を提供す
ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明のウェハ支
持部材は、板状セラミック体の上面をウェハを載せる載
置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静電
吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セラ
ミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上記
ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト機
構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は上
記導電性プレートの上面にガス溝を形成するとともに、
上記導電性プレートに上記ガス溝と連通するガス導入孔
を設け、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを
加熱する時には、上記リフト機構によってウェハステー
ジを導電性プレートより切り離し、上記ウェハステージ
の載置面に載せたウェハを冷却する時には、上記リフト
機構によってウェハステージを導電性プレートに当接さ
せ、この状態で上記静電吸着用電極に通電して導電性プ
レートとの間に静電吸着力を発現させて上記ウェハステ
ージと導電性プレートとを強制的に吸着固定させるとと
もに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガスを供給す
るようにしたことを特徴とする。

【００１６】なお、リフト機構によってウェハステージ
と導電性プレートとを切り離した時の平均距離は０．１
ｍｍ〜２０．０ｍｍとすることが好ましく、また、ウェ
ハステージを形成する板状セラミック体を熱伝導率が３
０Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料により形成する場
合、板状セラミック体の板厚は１〜５ｍｍとすること好
ましく、また、板状セラミック体を熱伝導率が３０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック
材料により形成する場合、板状セラミック体の板厚は１
〜１０ｍｍとすることが好ましい。

【００１７】さらに、本発明のウェハ支持部材は、ウェ
ハステージを形成する板状セラミック体中に直接加熱を
行うためのヒータ用電極及び／又はウェハを静電吸着力
により載置面に吸着固定するための第二の静電吸着用電
極を埋設しても良い。

【００１８】

【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。

【００１９】図１（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ支持部
材の一例を示す断面図である。

【００２０】このウェハ支持部材１は、板状セラミック
体３の上面をウェハＷを載せる載置面４とするととも
に、板状セラミック体３中の下面側近傍に静電吸着用電
極５を埋設したウェハステージ２と、ウェハステージ２
の下面側に配置され、冷却水を流す通路９を備えた導電
性プレート８と、上記ウェハステージ２を導電性プレー
ト８から切り離すためのリフト機構１２とからなる。

【００２１】ウェハステージ２を形成する板状セラミッ
ク体３は円盤状をなし、その外径はウェハＷとほぼ同じ
大きさとするとともに、板厚は１ｍｍ〜１０ｍｍの間で
形成してある。また、板状セラミック体３中に埋設する
静電吸着用電極５は円板状をした一枚の導体層からな
り、板状セラミック体３の外径より若干小さな外径を有
している。さらに、板状セラミック体３の下面６にはガ
ス溝７を形成してあり、Ｈｅ等の不活性ガスを流すよう
になっている。ガス溝７のパターン形状としては、板状
セラミック体３を一様に冷却することができるパターン
であれば良く、例えば図２に示すような、同心円状に配
置された複数個の環状溝７ａと、これらの環状溝７ａと
連通し、かつ中心から外周に向かって延びる複数個の放
射状溝７ｂとからなるパターン形状を採用することがで
きる。なお、図２に示すパターン形状に限定されるもの
ではなく、上述したように板状セラミック体３を一様に
冷却することができるパターンであれば良い。

【００２２】板状セラミック体３の材質としては、アル
ミナ質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化硼素質
焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体等を用い
ることができるが、ウェハＷを均一に加熱する観点から
できるだけ熱伝導率の高いものが良く、また、急速昇温
及び急速冷却を繰り返すと大きな熱応力が作用すること
から耐熱衝撃性ができるだけ高いものが良い。具体的に
は熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは７０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上、更に好ましくは１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を有
するとともに、ＪＩＳ Ｒ １６１５による熱衝撃温度
差ΔＴが１５０℃以上、好ましくは２００℃以上、更に
好ましくは２５０℃以上を有するものが良く、このよう
な材質としては窒化アルミニウム質焼結体、窒化硼素質
焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体を用いる
ことができる。

【００２３】なお、このようなウェハステージ２を製作
するには、複数枚のグリーンシートを積み重ね、その間
に静電吸着用電極５となる導体ペースト、金属箔、金
網、パンチングメタルのいずれか一つを挟み込んで積層
したものを焼成し板状セラミック体３を製作するか、あ
るいはプレス成形によりセラミック成形体を製作し、そ
の上に静電吸着用電極５となる導体ペースト、金属箔、
金網、パンチングメタルのいずれか一つを載せたあと、
セラミック粉末で多いホットプレス成形法により板状セ
ラミック体３を製作した後、板状セラミック体３の上面
に研磨加工を施して載置面４を形成するとともに、下面
６にも研磨加工を施したあと、エッチング加工やブラス
加工にてガス溝７を刻設することにより得ることができ
る。

【００２４】また、ウェハステージ２の下面６には四つ
のリフト機構１２の軸１３がそれぞれ等間隔に接合して
あり、各リフト機構１２の駆動源１４によって軸１３を
上下動させることにより、ウェハステージ２を傾かせる
ことなく平行に上下動させることができるようになって
いる。

【００２５】一方、導電性プレート８は、アルミニウ
ム、ステンレス鋼、超鋼合金等の金属材料、導電性セラ
ミックス、サーメット材、あるいは金属とセラミックス
の複合材料等よりなり、その上面は平坦に仕上げられ、
ウェハステージ２が当接した時にはできるだけ接触面積
を増やすことができるようになっている。また、導電性
プレート８の周縁部には各リフト機構１２の軸１３がそ
れぞれ挿通される四つのピン穴１１を有するとともに、
導電性プレート８の中心部にはウェハステージ２のガス
溝７に不活性ガスを導くためのガス導入孔１０を形成し
てある。なお、１６はウェハステージ２の静電吸着用電
極５に通電するためのリード線１５を取り出すためのリ
ード取出孔である。

【００２６】次に、このウェハ支持部材１を用いてウェ
ハＷに加工を施す時の動きについて説明する。

【００２７】まず、図１（ａ）に示すように、ウェハス
テージ２の載置面４にウェハＷを載せた後、リフト機構
１２の軸１３を上昇させてウェハステージ２を持ち上げ
て導電性プレート８より切り離す。この状態で載置面４
の上方に配置する不図示のランプを点灯させ、ウェハＷ
及びウェハステージ２を所定の温度にまで間接的に加熱
する。この時、ウェハステージ２は導電性プレート８か
ら完全に切り離され接触していないため、ウェハステー
ジ２やウェハＷに与えられた熱が導電性プレート８に逃
げることがないため、ウェハＷ及びウェハステージ２を
所定の加工温度にまで加熱するのに要する昇温時間を大
幅に短縮することができる。

【００２８】次に、ウェハＷの温度を所定の加工温度に
維持した状態で、成膜用ガスやエッチング用ガスを供給
してウェハＷに成膜加工やエッチング加工を施した後、
ウェハＷを取り出すために冷却するのであるが、この
時、ランプの点灯を止めるとともに、図１（ｂ）に示す
ように、各リフト機構１２の軸１３を降下させてウェハ
ステージ２を導電性プレート８に当接させ、次いで、ウ
ェハステージ２の静電吸着用電極５と導電性プレート８
との間に電圧を印加して両者間に静電吸着力を発現させ
て両者を密着させるとともに、導電性プレート８のガス
導入孔１０を介してウェハステージ２の下面に形成され
たガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される
空間にＨｅ等の不活性ガスを供給することによりウェハ
Ｗの温度を室温付近にまで冷却する。

【００２９】即ち、ウェハステージ２を導電性プレート
８に当接させただけでは、その接触部をミクロ的に見る
と部分的に接触しているだけであり、ウェハステージ２
の熱を導電性プレート８へ効率良く伝達することができ
ないのであるが、両者間に静電吸着力を発現させ、強制
的に吸着させることにより、接触部の接触面積を増大さ
せることができるため、ウェハステージ２と導電性プレ
ート８との間に熱伝達効率を向上させることができる。

【００３０】ただし、静電吸着力によりウェハステージ
２を導電性プレート８に吸着させたとしても接触部全体
を完全に接触させることはできない。

【００３１】その為、導電性プレート８のガス導入孔１
０を介してウェハステージ２の下面に形成されたガス溝
７と、導電性プレート８の上面とで形成される空間に不
活性ガスを供給することで、ウェハステージ２と導電性
プレート８との間の熱伝達効率を大幅に向上させること
ができ、ウェハＷを今日要求されている５０℃／分以上
の冷却速度でも急冷することができる。

【００３２】なお、ウェハステージ２の下面に形成され
たガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される
空間に不活性ガスを供給することによりウェハＷ及びウ
ェハステージ２を急冷することができるが、不活性ガス
を供給した直後はウェハステージ２の温度が急激に低下
することにより大きな熱衝撃が作用してウェハステージ
２が破損する恐れがあるため、ウェハＷへの加工終了後
数秒間は自然放冷し、その後、不活性ガスを供給するこ
とが好ましい。

【００３３】このように、本発明のウェハ支持部材１を
用いれば、図５や図６に示す従来のウェハ支持部材４
１，５１と比較してウェハステージ２の昇温時間及び冷
却時間を大幅に短縮することができるため、一つのウェ
ハＷを加工するのに要するトータル時間を極めて短くす
ることができ、その結果、生産性を向上させることがで
きる。

【００３４】ただし、ウェハステージ２を加熱するた
め、リフト機構１２によってウェハステージ２を導電性
プレート８より切り離すにあたり、ウェハステージ２の
下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌが
０．１ｍｍ未満であると、機械的精度の問題によりウェ
ハステージ２と導電性プレート８とを完全に切り離すこ
とができず、さらにはウェハステージ２の下面６に帯電
する電荷によって残留吸着力が発生し、ウェハステージ
２と導電性プレート８との接触領域がさらに増大する恐
れがあり、ウェハステージ２と導電性プレート８とを完
全に断熱することができず、ウェハＷ及びウェハステー
ジ２の昇温時間を短縮することができない。一方、ウェ
ハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面まで
の平均距離Ｌが２０ｍｍを超えると、導電性プレート８
からウェハステージ２を所定の高さまで切り離すのに要
する時間が長くなり、加工以外での動作が長くなってス
ループットを十分に小さくすることができない。

【００３５】その為、リフト機構１２によりウェハステ
ージ２を導電性プレート８より持ち上げるにあたり、ウ
ェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面ま
での平均距離Ｌは０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとすること
が好ましく、さらには０．３ｍｍ〜５ｍｍとすることが
望ましい。

【００３６】なお、ウェハステージ２の下面６から導電
性プレート８の上面までの平均距離Ｌとは、ウェハステ
ージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの距離
を任意に数カ所測定し、それらの平均値のことを言う。

【００３７】また、ウェハステージ２を５０℃／分以上
の冷却速度で急冷する場合、ウェハステージ２を形成す
る板状セラミック体３が窒化珪素質焼結体や窒化アルミ
ニウム質焼結体等の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、
かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲にあるセラミック材料
からなる場合、その板厚Ｔは１ｍｍ〜１０ｍｍとするこ
とが好ましく、また、板状セラミック体３がアルミナ質
焼結体等の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミ
ック材料からなる場合、その板厚Ｔは１ｍｍ〜５ｍｍと
することが好ましい。

【００３８】即ち、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、
かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲にあるセラミック材料
では板厚Ｔが１０ｍｍを超えると、熱容量が大きくなる
ために、昇温及び冷却に要する時間が長くなるからであ
り、また、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミ
ック材料では板厚Ｔが５ｍｍを超えると、ウェハステー
ジ２を５０℃／分以上の速度で急冷した時、板状セラミ
ック体３内に作用する熱応力が大きいために破損し易く
なるからであり、逆に板状セラミック体３の板厚Ｔが１
ｍｍ未満になると、強度が小さいため各リフト機構１２
により上下動させる際に作用する力によって破損する恐
れがあるからである。

【００３９】なお、図１（ａ）（ｂ）では、ウェハステ
ージ２に備える静電吸着用電極５のパターン形状として
円板状をしたものを用いたが、一対の半円状を円を構成
するように配置したものや、一対の櫛歯状をしたものを
かみ合わせて構成するように配置し、双方の電極間に通
電して静電吸着力を発現させる双極型として良い。

【００４０】また、図１（ａ）（ｂ）では、ウェハステ
ージ２を形成する板状セラミック体３の下面６にガス溝
７を形成した例を示したが、板状セラミック体３の下面
６は平坦面とし、導電性プレート８の上面にガス溝を形
成したも良く、さらには板状セラミック体３の下面６及
び導電性プレート８の上面にそれぞれガス溝を形成し、
両者を当接させた際には双方のガス溝によって不活性ガ
スが通る通路が形成されるようにしたものでも構わな
い。

【００４１】次に、本発明のウェハ支持部材の他の例に
ついて説明する。

【００４２】図３に示すウェハ支持部材２１は、ウェハ
ステージ２を形成する板状セラミック体３中の中央付近
にヒータ用電極２２を埋設する以外は図１（ａ）（ｂ）
と同様の構造をしたもので、導電性プレート８にはウェ
ハステージ２のヒータ用電極２２におけるリード線１７
を取り出すためのリード取出孔１８を形成してある。

【００４３】このウェハ支持部材２１は、図１（ａ）
（ｂ）に示すウェハ支持部材１と同様の動作をするので
あるが、ウェハステージ２内にヒータ用電極２２を有す
ることから、ウェハステージ２及びウェハＷを加熱する
際、ヒータ用電極２２に通電してウェハステージ２を発
熱させ、ウェハＷを直接加熱することができるため、図
１（ａ）（ｂ）に示すウェハ支持部材１と比較してウェ
ハＷ及びウェハステージ２の昇温速度をさらに高めるこ
とができるため、生産性をさらに向上させることができ
る。

【００４４】図４に示すウェハ支持部材３１は、ウェハ
ステージ２を形成する板状セラミック体３中の載置面４
近傍に第二の静電吸着用電極３２を埋設する以外は実質
的に図３と同様の構造をしたもので、導電性プレート８
には、第二の静電吸着用電極３２のリード線１９を取り
出すためのリード取出孔２０を形成してある。

【００４５】このウェハ支持部材３１は図３に示すウェ
ハ支持部材２１と同様の動作をするのであるが、ウェハ
ステージ２の載置面４にウェハＷを載せた後、ウェハＷ
と第二の静電吸着用電極３２との間に電圧を印加して両
者間に静電吸着力を発現させることにより、ウェハＷを
載置面４に強制的に吸着固定することができるため、ウ
ェハＷと載置面４との接着面積を増やし、熱伝達効率を
向上させることができる。その為、ヒータ用電極２２に
通電してウェハステージ２を発熱させれば、ウェハステ
ージ２の熱を直ちにウェハＷへ伝えることができるた
め、ウェハＷの昇温時間を短くすることができるととも
に、ウェハ表面における温度分布をより均一にすること
ができ、成膜やエッチング等の加工精度を向上させるこ
とができる。また、冷却時には、ウェハＷの熱をウェハ
ステージ２に逃がし易いため、ウェハＷの冷却速度を向
上させることもでき、生産性をさらに向上させることが
できる。

【００４６】また、図６に示す従来のウェハ支持部材５
１の場合、昇温時にはウェハステージ４２と導電性プレ
ート４５とは接触しているだけであるが、この状態で第
二の静電吸着用電極４８に通電すると、ウェハＷとの間
に静電吸着力が発生するだけでなく、導電性プレート４
５との間にも静電吸着力が発生し、ウェハステージ４２
が導電性プレート４５に吸着されるため、ウェハステー
ジ４２の熱が導電性プレート４５に逃げ、昇温時間が長
くなってしまう恐れがあるが、図４に示す本発明のウェ
ハ支持部材３１であれば、リフト機構１２によってウェ
ハステージ２を導電性プレート８と完全に切り離すこと
ができるため、ウェハステージ２の熱が導電性プレート
８に逃げるようなことがなく、ウェハステージ２の昇温
速度を高めることができる。

【００４７】なお、図３及び図４に示すウェハ支持部材
２１，３１のように、ウェハステージ２を形成する板状
セラミック体３に静電吸着用電極５以外にヒータ用電極
２２や第二の静電吸着用電極３２を埋設する場合、板状
セラミック体３の強度と各電極間の絶縁性を保つため、
板厚Ｔは薄くとも３ｍｍ以上とすることが良い。

【００４８】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更し
た構造にも適用できることは言う迄もない。

【００４９】

【実施例】（実施例１）図３に示す本発明のウェハ支持
部材２１と図６に示す従来のウェハ支持部材５１を用意
してシリコンウェハの加熱速度と冷却速度を比較する実
験を行った。

【００５０】ウェハステージ２を形成する板状セラミッ
ク体３は、外径２００ｍｍ、板厚７ｍｍの円盤状体と
し、また、導電性プレート８は、外径２００ｍｍ、厚み
３０ｍｍの円盤状体とした。

【００５１】また、板状セラミック体３は熱伝導率が４
０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム質焼結体により形成
し、板状セラミック体３中の下面側近傍には下面より若
干小さな外形を有する円板状の静電吸着用電極５を埋設
するとともに、板状セラミック体３中の中央付近には帯
状の抵抗発熱体からなるヒータ用電極２２を埋設した。

【００５２】一方、導電性プレート８，４５中には水冷
用の通路７，４６を形成し、８リットル／分の冷却水を
流すようにした。

【００５３】また、本発明のウェハ支持部材２１に用い
るウェハステージ２の下面６にはガス溝７をブラスト加
工によって形成するとともに、導電性プレート８にはガ
ス導入孔１０とリフト機構１２の軸１３が挿通されるピ
ン穴１１を穿孔し、ピン穴１１にはリフト機構１２の軸
１３を挿通させてウェハステージ２の下面に接合するよ
うにした。

【００５４】そして、本発明のウェハ支持部材２１を用
いてウェハＷを加熱する場合、ウェハステージ２の載置
面４にφ２００ｍｍのシリコンウェハを載せた後、リフ
ト機構１２の軸１３を上昇させてウェハステージ２を導
電性プレート８から切り離し、シリコンウェハの表面温
度が２０℃となるようにした。

【００５５】この時、ウェハステージ２の下面から導電
性プレート８の上面までの平均距離Ｌは３ｍｍとなるよ
うにした。

【００５６】次いで、ウェハステージ２に備えるヒータ
用電極２２に１．０ｋＷの電力を印加して発熱させ、シ
リコンウェハが３００℃になるまでの昇温時間を測定し
た。

【００５７】その後、３００℃の温度で１分間保持した
後、ヒータ用電極２２への通電を止め、通電を止めてか
ら５秒後にリフト機構１２の軸１３を降下させてウェハ
ステージ２を導電性プレート８に接触させ、接触と同時
にウェハステージ２に備える静電吸着用電極５と導電性
プレート８との間に５００Ｖの電圧を印加して静電吸着
力を発現させることにより、ウェハステージ２を導電性
プレート８に吸着させるとともに、導電性プレート８の
ガス導入孔１０から１３００Ｐａの背圧でＨｅガスを流
し、シリコンウェハの表面温度が１００℃になるまでの
冷却時間を測定した。また、このような熱サイクルを繰
り返し、１００回の昇温時間及び冷却時間を測定した。

【００５８】一方、従来のウェハ支持部材５１を用いて
シリコンウェハＷを加熱する場合、ウェハステージ４２
の載置面４４にφ２００ｍｍのシリコンウェハＷを載せ
てシリコンウェハの表面温度が２０℃となるようにし
た。

【００５９】次いで、ウェハステージ４２に備えるヒー
タ用電極４７に１．０ｋＷの電力を印加して発熱させ、
シリコンウェハＷが３００℃になるまでの昇温時間を測
定した。

【００６０】その後、３００℃の温度で１分間保持した
後、ヒータ用電極４７への通電を止め、通電を止めてか
ら５秒後にウェハステージ４２に備える静電吸着用電極
４８と導電性プレート４５との間に５００Ｖの電圧を印
加して静電吸着力を発現させることにより、ウェハステ
ージ４２を導電性プレート４５に吸着させ、シリコンウ
ェハＷの表面温度が１００℃になるまでの冷却時間を測
定した。また、このような熱サイクルを繰り返し、１０
０回の昇温時間及び冷却時間を測定した。

【００６１】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００６２】

【表１】

【００６３】表１より判るように、従来のウェハ支持部
材５１では、シリコンウェハＷの昇温時にウェハステー
ジ４２が導電性プレート４５と当接していることから、
ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４５に逃げ易
く、シリコンウェハＷを所定の温度に加熱するのに３．
５分要した。また、１００回目の昇温時には、ウェハス
テージ４２の下面に帯電する電荷によって導電性プレー
ト４５との間に静電吸着力が発生し、ウェハステージ４
２と導電性プレート４５との接触面積が増えたため、ウ
ェハステージ４２から導電性プレート４５への熱の逃げ
量が多くなり、ウェハＷを所定の温度に加熱するのに
４．５分を要した。

【００６４】これに対し、本発明のウェハ支持部材２１
は、ウェハＷの昇温時にリフト機構１２によってウェハ
ステージ２を導電性プレート８より完全に切り離して加
熱するようにしたことから、ウェハステージ２の熱が導
電性プレート８に逃げることを防止することができるた
め、昇温時間を２分と従来例と比較して昇温時間を短縮
することができた。しかも、ウェハステージ２の下面６
に電荷が帯電したとしてもウェハステージ２は導電性プ
レート８と完全に切り離してあることから、１００回目
の昇温時間も２分と短く、また昇温時間が長くなるよう
なこともなく、優れていた。

【００６５】一方、冷却時間については、従来のウェハ
支持部材５１では、ウェハステージ４２を静電吸着力に
よって導電性プレート４５に吸着させるものの、両者の
当接面を完全に密着させることができないため、ウェハ
ステージ４２と導電性プレート４５との間の熱伝達効率
がそれほど高くなく、その結果、ウェハＷを１００℃に
まで冷却するのに５分を要した。

【００６６】これに対し、本発明のウェハ支持部材２１
は、ウェハステージ２を静電吸着力によって導電性プレ
ート８に吸着させるとともに、ウェハステージ２の下面
６に形成したガス溝７と導電性プレート８の上面とで形
成される空間にＨｅガスを流すようにしたことから、ウ
ェハステージ２と導電性プレート８との間の熱伝達効率
を大幅に向上させることができ、その結果、３．５分と
短い時間でウェハＷを１００℃にまで冷却することがで
き、優れていた。

【００６７】（実施例２）次に、実施例１で用いた本発
明のウェハ支持部材２１において、板状セラミック体の
材質、昇温時における板状セラミック体３の下面から導
体プレート８の上面までの平均距離Ｌ、及び板状セラミ
ック体１の板厚Ｔを表２に示すように異ならせ、実施例
１と同様の条件にて昇温、冷却させた時の昇温時間と冷
却時間を測定するとともに、板状セラミック体３の破損
の有無について調べる実験を行った。

【００６８】結果は表２に示す通りである。

【００６９】

【表２】

【００７０】この結果、試料Ｎｏ．１のように、板状セ
ラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌが
０．１ｍｍ未満では、リフト機構１２の精度的な問題に
より部分的に接触している箇所があり、この接触箇所か
らウェハステージ２の熱が導体プレート８へ逃げている
ため、昇温時間が３分と長くなっているものと思われ
る。

【００７１】これに対し、試料Ｎｏ．２〜４，７のよう
に、板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均
距離Ｌを０．１ｍｍ以上としたものでは、リフト機構１
２の精度に関係なくウェハステージ２と導電性プレート
８とを完全に切り離すことができるため、昇温時間を
１．５分と短くすることができた。

【００７２】ただし、試料Ｎｏ．４のように、板状セラ
ミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌが２０
ｍｍを超えると、リフト機構１２によってウェハステー
ジ２を所定の距離まで切り離すのに要する時間が長くな
り、結果としてスループットも長くなる。

【００７３】この結果、昇温時における板状セラミック
体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌは０．１ｍｍ
〜２０ｍｍとすることが良いことが判る。

【００７４】また、試料Ｎｏ．５〜１０に見られるよう
に、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用い
た場合、試料Ｎｏ．５のように、板状セラミック体３の
板厚Ｔが１ｍｍ未満であると、強度が小さいため冷却時
に絶縁破壊が発生し、逆に、試料Ｎｏ．９，１０のよう
に、板状セラミック体３の板厚Ｔが１０ｍｍを超える
と、ウェハステージ２の熱容量が大きくなり、昇温時間
及び冷却時間が長くなるため、結果としてスループット
も長くなる。

【００７５】この結果、板状セラミック体３に熱伝導率
が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満で
あるセラミック材料を用いる場合、板状セラミック体３
の板厚Ｔは１〜１０ｍｍとすることが良いことが判る。

【００７６】さらに、試料Ｎｏ．１１〜１３に見られる
ように、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・
Ｋ未満であるセラミック材料を用いた場合、試料Ｎｏ．
１３のように、板状セラミック体３の板厚Ｔが５ｍｍを
超えると、冷却時の急激な熱応力に耐えきれず、ウェハ
ステージ２が破損した。

【００７７】この結果、板状セラミック体３に熱伝導率
が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いる場
合、板状セラミック体３の板厚Ｔは１〜５ｍｍとするこ
とが良いことが判る。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明のウェハ支持部材
によれば、板状セラミック体の上面をウェハを載せる載
置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静電
吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セラ
ミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上記
ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト機
構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は上
記導電性プレートの上面にガス溝を形成するとともに、
上記導電性プレートに上記ガス溝と連通するガス導入孔
を設け、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを
加熱する時には、上記リフト機構によってウェハステー
ジを導電性プレートより切り離し、上記ウェハステージ
の載置面に載せたウェハを冷却する時には、上記リフト
機構によってウェハステージを導電性プレートに当接さ
せ、この状態で上記静電吸着用電極に通電して導電性プ
レートとの間に静電吸着力を発現させて上記ウェハステ
ージと導電性プレートとを強制的に吸着固定させるとと
もに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガスを供給す
るようにしたことによって、プロセス時間の大きな割合
を占めていたウェハ及びウェハステージの昇温時間及び
冷却時間を大幅に短縮することができるため、生産性を
さらに向上させることができる。

【００７９】特に、リフト機構によってウェハステージ
と導電性プレートとを切り離した時の距離を０．１ｍｍ
〜２０．０ｍｍとすることでウェハ及びウェハステージ
の昇温時間及び冷却時間の短縮を効果的に発揮すること
ができる。

【００８０】また、ウェハステージを形成する板状セラ
ミック体が熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材
料からなる場合、その板厚を１〜５ｍｍとすることによ
り、急冷したとしても破損することのないものとするこ
とができ、また、板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／
ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック
材料からなる場合、その板厚を１〜１０ｍｍとすること
により、５０℃／分以上の速度で急冷することが可能な
ウェハ支持部材を提供することができる。

【００８１】さらに、ウェハステージを形成する板状セ
ラミック体中に直接加熱を行うためのヒータ用電極及び
／又はウェハを静電吸着力により載置面に吸着固定する
ための第二の静電吸着用電極を埋設することにより、ウ
ェハ及びウェハステージの昇温時間を短縮することがで
きるとともに、加熱時におけるウェハ表面の温度分布を
より均一にすることができ、加工精度を向上させること
もできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ支持部材の一例
を示す断面図である。

【図２】本発明のウェハ支持部材に備えるガス溝のパタ
ーン形状を示す平面図である。

【図３】本発明のウェハ支持部材の他の例を示す断面図
である。

【図４】本発明のウェハ支持部材のさらに他の例を示す
断面図である。

【図５】従来のウェハ支持部材の一例を示す断面図であ
る。

【図６】従来のウェハ支持部材の他の例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１：ウェハ支持部材 ２：ウェハステージ ３：板状セ
ラミック体 ４：載置面 ５：静電吸着用電極 ６：板状セラミック
体の下面 ７：ガス溝 ８：導電性プレート ９：通路 １０：ガ
ス導入孔 １１：ピン穴 １２：リフト機構 １３：軸 １４：駆
動源 １５：リード線 ２１：ウェハ支持部材 ２２：ヒータ用電極 ３１：ウ
ェハ支持部材 ３２：第二の静電吸着用電極 ４１：ウェハ支持部材
４２：ウェハステージ ４３：板状セラミック体 ４４：載置面 ４５：導電性
プレート ４６：通路 ４７：ヒータ用電極 ４８：静電吸着用電極 ５１：ウ
エハ支持部材 Ｗ：ウェハ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状セラミック体の上面をウェハを載せる
   載置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静
   電吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セ
   ラミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上
   記ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト
   機構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は
   上記導電性プレートの上面にはガス溝を備えるととも
   に、上記導電性プレートには上記ガス溝と連通するガス
   導入孔を備え、上記ウェハステージの載置面に載せたウ
   ェハを加熱する時には、上記リフト機構によってウェハ
   ステージを導電性プレートより切り離し、かつ上記ウェ
   ハステージの載置面に載せたウェハを冷却する時には、
   上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレー
   トに当接させた状態で上記静電吸着用電極に通電して導
   電性プレートとの間に静電吸着力を発現させ、上記ウェ
   ハステージと上記導電性プレートとを強制的に吸着固定
   させるとともに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガ
   スを供給するようにしたことを特徴とするウェハ支持部
   材。
2. 【請求項２】上記リフト機構によって上記板状セラミッ
   ク体と導電性プレートとを切り離した時の平均距離を
   ０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとしたことを特徴とする請求
   項１に記載のウェハ支持部材。
3. 【請求項３】上記板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／
   ｍ・Ｋ未満のセラミック材料からなり、上記板状セラミ
   ック体の板厚が１〜５ｍｍであることを特徴とする請求
   項１又は請求項２に記載のウェハ支持部材。
4. 【請求項４】上記板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／
   ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック
   材料からなり、上記板状セラミック体の板厚が１〜１０
   ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載のウェハ支持部材。
5. 【請求項５】上記板状セラミック体中にヒータ用電極を
   埋設してあることを特徴とする請求項１乃至請求項４の
   いずれかに記載のウェハ支持部材。
6. 【請求項６】上記板状セラミック体中の載置面近傍に、
   ウェハを静電吸着力により載置面に吸着固定させるため
   の第二の静電吸着用電極を設けたことを特徴とする請求
   項１乃至請求項５のいずれかに記載のウェハ支持部材。