JP2003168649A

JP2003168649A - ウエハ加熱装置

Info

Publication number: JP2003168649A
Application number: JP2001365141A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Uchiyama; 京治内山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハ加熱装置において、半導体の設計ルール
は、現在の０．１８μmから数年後には、０．１０μm以
下になると言われており、さらに均一な温度分布が要求
されている。しかしながら従来技術の抵抗分布調整や分
割制御だけでは、数年後の設計ルールを満足するだけの
均一な温度分布が達成できないという課題があった。【解決手段】ウエハ加熱装置において、複数個に分割さ
れた発熱抵抗体ブロックの内、最外周に構成される発熱
抵抗体ブロックの幅を径方向で５〜７０mm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したり
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、半導体ウエ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、ウエハ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エハ加熱装置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、ウエハ加熱装置３１の載置面３３
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。

【０００６】このようなウエハ加熱装置３１において、
ウエハＷの表面全体に均質なレジスト膜を形成しするた
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を分
割して温度制御したりす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
ようなウエハ加熱装置３１が、市場で求められている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】半導体の設計ルールで
は、形成される配線パターンの線径が現在の０．１８μ
mから数年後には０．１０μm以下になると言われてお
り、さらに均一な温度分布が要求されている。しかしな
がら従来の抵抗分布の調整や分割制御だけでは、数年後
の設計ルールを満足するだけの均一な温度分布が達成で
きないという課題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、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複数のブロックに分割された発熱
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
保持するケーシングを備えてなるウエハ加熱装置におい
て、前記複数に分割された発熱抵抗体ブロックの内、最
外周に構成される発熱抵抗体ブロックの径方向の幅を５
〜７０ｍｍとしたことを特徴とする。

【００１０】また、前記最外周に構成される発熱抵抗体
ブロックにおける外周側３０面積％の範囲の電力密度を
他の部分の９０〜２００％としたことを特徴とする。

【００１１】そして、前記ケーシングの均熱板を保持す
る部分が、１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０^-5
／℃以下、縦弾性係数が５０〜２５０ＭＰａ、且つ熱伝
導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質からなることを特徴と
する。

【００１２】また、前記ケーシングの均熱板を保持する
部分の平坦度が８００μm以下であることを特徴とす
る。

【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エハ加熱装置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、ウエハ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を保持するケーシングと
して支持体１１を備え、均熱板２と支持体１１との間に
断熱材１６を設置し、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にウエハを
載せ均熱板２の温度が変動したりする場合に支持体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、ウエハ加熱に
おけるウエハＷ表面に温度分布が発生することを防止で
きる。

【００１７】また、パターンとして形成される発熱抵抗
体５は図２に示すような複数のブロックに分割される。
複数に分割された発熱抵抗体５の内、最外周に構成され
るブロック５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの径方向の幅Ａを５
〜７０mmとする。この幅を５ｍｍ未満とすると、放熱す
る最外周の熱量を補うように加熱した場合、電力密度が
大きくなり過ぎ、温度サイクルを繰り返すと抵抗変化を
起こし、最悪の場合には断線に至ってしまう。また、こ
の幅Ａが７０ｍｍを越えると、最外周への放熱による熱
量と内側のブロック５ｅ、５ｆより熱伝導により供給さ
れる熱量により最外周に構成されるブロック５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄの内側と外側の温度差が大きくなり、均
熱が悪くなるので好ましくない。この傾向は、均熱板２
のサイズ、発熱抵抗体５の分割ブロック数に関わらず同
様である。

【００１８】均熱板２のサイズとしては、直径１５０〜
３５０ｍｍ程度のものが使用される。そして、最外周に
構成されるブロック５ａ〜５ｄの径方向の幅Ａは、この
ように均熱板２のサイズが変わっても５〜７０ｍｍとす
ることが有効である。また、発熱抵抗体５のブロック構
成としては、中心から外周に向けて２〜４グループ程度
のブロックに分割して調整することが好ましい。このブ
ロック数を増やせば増やす程細かい温度制御が可能とな
るが、これ以上増やすことは制御装置の費用が増大する
ので好ましくない。

【００１９】また、前記最外周に構成される発熱抵抗体
５ブロック５ａ〜５ｄの外側３０面積％の範囲Ｂの電力
密度を同じブロック５ａ〜５ｄの他の部分の９０〜２０
０％とすると良い。これにより、外周部の温度落ち込み
が改善され温度分布をより均一にすることができる。外
側３０面積％の範囲Ｂの電力密度が他の部分の９０％未
満になると、外周部の放熱により最外周部の温度が低く
なるので好ましくない。また、逆に範囲Ｂの電力密度を
他の部分の２００％を越える大きさにすると、室温に冷
えたウエハＷを載置面３に載置し加熱処理を行うと、最
外周部の温度が速く上がり過ぎ、昇温過渡時の面内均一
性が著しく悪くなってしまう。

【００２０】また、電力密度の調整は、発熱抵抗体５を
レーザー加工等でトリミングしたり、発熱抵抗体５の厚
みを削ったり、発熱抵抗体５の表面に抵抗調整用のパタ
ーンを重ねて形成したりすることにより部分的に抵抗値
を変化させることで行う。

【００２１】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（Ｒｅ
₂Ｏ₃）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ₃）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。

【００２２】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。

【００２３】また、ケーシングの均熱板２を保持する部
分である断熱材１６の物性は、１００〜３００℃の熱膨
張係数が３×１０^-5／℃以下、縦弾性係数が５０〜２５
０ＭＰａ、且つ熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とし、平
坦度を８００μm以下としている。１００〜３００℃の
熱膨張係数が３×１０^-5／℃を越えると熱膨張差によ
り、昇温冷却の繰り返しにより均熱板２との接触状態が
変わり、その結果、温度分布の再現性が悪くなってしま
う。また、縦弾性係数が５０ＭＰａ未満になると温度サ
イクルにより断熱材１６は変形してしまう。また、２５
０ＭＰａを越えると弾性的に保持することが出来なくな
り、支持体１１変形の際の緩和効果が薄れてしまう。ま
た、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋを越えると均熱板２との
接触部の熱引きが大きくなりすぎ温度分布が不均一にな
ってしまう。また、平坦度が８００μmを越えると均熱
板２に反りを発生させ、その結果、温度分布が不均一に
なってしまう。

【００２４】なお、図３に他の実施形態を示すように、
断熱材１６の形状をＬ形状とすることもできる。

【００２５】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。

【００２６】また、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。

【００２７】さらに、均熱板２には、温度制御用のセン
サである熱電対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。

【００２８】また、載置面３には複数の凹部１５が形成
されており、該凹部１５の中にウエハ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のウエハ
支持部は曲面状としているが、これはウエハ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。これはウエハ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。

【００２９】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０．０５〜０．５ｍｍ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０．０５〜０．３ｍｍの範囲とす
る方がよい。

【００３０】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、不図示の固定治具を凹部１５の上部に設置
する。この固定治具は、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、固定治具の
材質としては、Ｎｉ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３１、４
２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。

【００３１】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により半導体ウエハ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、
ウエハ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上のウエハＷを加熱する。

【００３２】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。

【００３３】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１．５ｍｍ〜９ｍｍとすると良
い。これは、板厚が１．５ｍｍ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９ｍｍ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。

【００３４】また載置面３の大きさは、ウエハ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１３０％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、過渡時温度バ
ラツキを小さく、省電力化することができる。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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たりし易いからである。

【００５０】

【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。

【００５１】この焼結体の両主面及び外周部に研削加工
を施し、板厚４ｍｍ、外径３２０ｍｍ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、４５
０℃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、発熱抵抗体５の分割数は図２に
示すように６分割とし、最外周に構成されるブロック５
ａ〜５ｄの径方向の幅Ａは、２、５、１０、３０、５
０、７０、９０ｍｍの７種類準備した。

【００５２】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。

【００５３】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、７００〜９００℃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に断熱材１６、均熱板２の順に設置し、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。また、断熱材１６
を幅３ｍｍ、厚み１ｍｍとした。

【００５４】また、均熱板２の載置面３の平坦度を３０
μmとした。

【００５５】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。

【００５６】そして、このようにして得られたウエハ加
熱装置１の導電端子７に通電して２００℃で保持し、載
置面３、２３の上に載せたウエハ表面の温度分布を、均
熱板２の同心円で半径４０ｍｍ、８０ｍｍ、１２０ｍ
ｍ、１４５ｍｍの円周上の３等分点１２点の合計１２点
の定常時の温度バラツキを測定し、半径１２０ｍｍと１
４５mm部の温度差を外周温度落ち込み量として算出し
た。さらに、１５０℃に３０分保持し、その後、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、０．
７℃以下、外周落ち込み量０．４℃以下、ウエハＷの昇
温過渡時の温度バラツキが７℃以下のものをＯＫとし、
それ以上となるものはＮＧとした。その後、昇温速度２
００℃／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、３
００００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。

【００５７】結果を表１に示した。

【００５８】

【表１】

【００５９】表１から判るように、試料１のように最外
周のブロックの幅Ａが５ｍｍ未満になると、外周側への
熱引きに相当する電力を供給すると電力密度が大きくな
りすぎるため冷熱サイクル試験が１００００サイクル未
満でＮＧとなってしまった。また、試料７のように７０
ｍｍを越えると外周側への熱引きの影響を受けパターン
内で温度差が出来てしまった。その結果外周温度落ち込
み量、定常時の温度バラツキも大きくなってしまい、定
常時の温度バラツキが０．７℃を越え、また、外周温度
落ち込み量も０．４℃を越えてしまった。過渡温度バラ
ツキに関しては全て満足する結果となった。また、試料
２〜６の最外周ブロックの幅Ａを５〜７０ｍｍの範囲と
することにより、２００℃の定常温度バラツキが、０．
７℃以下、外周落ち込み量０．４℃以下、ウエハＷの昇
温過渡時の温度バラツキが７℃以下、冷熱サイクル試験
１００００サイクル以上ＯＫとすることが出来た。さら
に好ましくは、１０〜５０ｍｍの範囲が良好な結果が得
られた。

【００６０】実施例２ここでは、図２に示す最外周のブロック５ａ〜５ｄの外
側３０面積％の範囲Ｂの電力密度を他の部分比で８０、
９０、１２０、１５０、１８０、２００、２１０％の７
種類とし、最外周ブロックの幅Ａを５０ｍｍ固定とし実
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。

【００６１】結果を表２に示した。

【００６２】

【表２】

【００６３】表２から判るように、試料１のように外側
30面積%範囲Ｂの電力密度比が９０％未満になると外周
側への熱引きに相当する電力が供給出来ないため外周温
度落ち込み量が大きくなり、定常時の温度バラツキも大
きくなってしまった。逆に試験８のように２００％を越
えると過渡時の昇温が外周側のみ速くなりすぎ過渡時の
温度バラツキが大きくなってしまった。また、試験２〜
７の外側30面積%範囲Ｂの電力密度比を９０〜２００％
の範囲とすることにより、実施例１の結果よりさらに改
善され、２００℃の定常温度バラツキが、０．６℃以
下、外周落ち込み量０．３℃以下、ウエハＷの昇温過渡
時の温度バラツキが５℃以下とすることが出来た。さら
に好ましくは、１２０〜１８０％の範囲が良好な結果が
得られた。

【００６４】実施例３ここでは、図１に示す断熱材１６の材料物性値を１００
〜３００℃の熱膨張係数が１、２、３、４×１０^-5／℃
の４種類、縦弾性係数３０、５０、１００、２００、２
５０、３００ＭＰａの６種類、熱伝導率１０、２０、３
０、４０、５０Ｗ／ｍ・Ｋの５種類、計１５種類を規定
外条件を、熱膨張係数３×１０^-5／℃、縦弾性係数２０
０ＭＰａ、熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋに固定し準備した。
また発熱抵抗体５は最外周ブロックの幅Ａを５０ｍｍ、
外側３０面積％範囲Ｂの電力密度比１５０％とし、実施
例１と同様にしてサンプルを作製した。実施例１と同様
に温度分布、過渡特性の評価を行った。その後、室温ま
で冷却、再度２００℃に加熱、保持し温度分布の再測定
評価を行い、測定点１２点の初期と再測定との温度差を
各点で算出し、１２点の最大値を温度再現性（℃）とし
た。評価の判定基準としては、温度再現性が０．４℃以
下のものをＯＫとし、それ以上となるものはＮＧとし
た。

【００６５】結果を表３、４、５に示した。

【００６６】

【表３】

【００６７】表３から判るように、試験４のように熱膨
張係数が３×１０^-5／℃を越えると、均熱板２との熱膨
張差により温度サイクルを加えると断熱版１６との接触
状態が変わってしまう。その結果、温度分布に影響を与
え、定常時の温度再現性が０．４℃となってしまった。
逆に試験１〜３のように熱膨張係数が３×１０^-5／℃と
することにより、２００℃の定常温度バラツキが、０．
７℃以下、定常時の温度再現性が０．３℃以下、外周落
ち込み量０．４℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バ
ラツキが７℃以下とすることが出来た。

【００６８】

【表４】

【００６９】表４から判るように、縦弾性係数が試験１
のように５０ＭＰａ未満の場合温度サイクルを加えると
断熱材１６が変形してしまい均熱板２との接触状態が変
わってしまう。その結果、温度分布に影響を与え、定常
時の温度再現性が０．４℃となってしまった。また、試
験６のように２５０ＭＰａを越えると、断熱版１６が硬
い為、均熱板２が倣い、断熱版１６の平坦度の影響を受
けてしまう。その結果、定常温度バラツキが、０．７
℃、外周落ち込み量０．４℃になってしまった。逆に試
験２〜５の縦弾性係数を５０〜２５０ＭＰａとすること
により、実施例１の結果よりさらに改善され、２００℃
の定常温度バラツキが、０．５℃以下、定常時の温度再
現性が０．３℃以下、外周落ち込み量０．３℃以下、ウ
エハＷの昇温過渡時の温度バラツキが４℃とすることが
出来た。

【００７０】

【表５】

【００７１】表５から判るように、試験５のように熱伝
導率４０Ｗ／ｍ・Ｋを越えると、支持体１１への熱引き
が大きく定常温度バラツキが、０．７℃、外周落ち込み
量０．４℃となってしまった。逆に試験１〜４のように
熱伝導率４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下にすることにより実施例１
の結果よりさらに改善され２００℃の定常温度バラツキ
が、０．５℃以下、定常時の温度再現性が０．２℃、外
周落ち込み量０．３℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温
度バラツキが４℃とすることが出来た。

【００７２】実施例４ここでは、図１に示す断熱材１６の物性値を熱膨張係数
３×１０^-5／℃、縦弾性係数２００ＭＰａ、熱伝導率３
０Ｗ／ｍ・Ｋに固定し、均熱板２との接触部の平坦度を
５０、１００、２００、４００、６００、８００、１０
００μmの７種類準備した。また発熱抵抗体５は最外周
ブロックの幅Ａを５０ｍｍ、外側30面積%範囲Ｂの電力
密度比１５０％とし、実施例１と同様にしてサンプルを
作製した。実施例１と同様に温度分布、過渡特性の評価
を行った。

【００７３】結果を表６に示した。

【００７４】

【表６】

【００７５】表６から判るように、試験７のように平坦
度が８００μmを越えると、均熱板２の平坦度も悪くな
り、その結果、定常温度バラツキが、０．７℃、外周落
ち込み量０．４℃、過渡時の温度バラツキが７℃となっ
てしまった。逆に試験１〜６のように平坦度を８００μ
m以下にすることにより実施例１の結果よりさらに改善
され２００℃の定常温度バラツキが、０．５℃以下、外
周落ち込み量０．３℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温
度バラツキが７℃以下とすることが出来た。

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

【００７７】また、本実験は、図１の形状で行ったが、
断熱材１６の形状が図３に示すようなＬ形状であっても
同様の結果であった。

【００７８】

【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複数個に分割された発熱抵
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、前記均熱板を保
持するケーシングとからなるウエハ加熱装置において、
前記複数個に分割された発熱抵抗体の内、最外周に構成
される発熱抵抗体の大きさを径方向で５〜７０ｍｍにし
たことにより、２００℃の定常温度バラツキが、０．７
℃以下、外周落ち込み量０．４℃以下、ウエハＷの昇温
過渡時の温度バラツキが７℃以下の温度均一性に優れた
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パターン
の一例を示す図である。

【図３】本発明のウエハ加熱装置の他の実施形態を示す
断面図である。

【図４】従来のウエハ加熱装置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１６：断熱材Ｗ：ウエハＡ：最外周ブロックの幅Ｂ：最外周ブロックの３０面積％範囲

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/20 ３９３Ｈ０５Ｂ 3/74 3/74 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA12 AA31 AA35 BB05 BB08 BB13 BC04 BC12 FA14 JA02 3K092 PP09 QA05 QB02 QB26 QB43 QB47 QB78 RF02 RF12 RF14 RF19 RF22 SS13 VV22 5F045 DP02 EK09 EK22 EM02 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
をウエハの載置面とし、他方の主面または内部に複数の
ブロックに分割された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、前記均熱板を保持するケーシングを備えて
なるウエハ加熱装置において、前記複数に分割された発
熱抵抗体ブロックの内、最外周に構成される発熱抵抗体
ブロックの径方向の幅を５〜７０ｍｍとしたことを特徴
とするウエハ加熱装置。
【請求項２】前記最外周に構成される発熱抵抗体ブロッ
クにおける、外周側３０面積％の範囲の電力密度を他の
部分の９０〜２００％とした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】前記ケーシングの均熱板を保持する部分
が、１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０^-5／℃以
下、縦弾性係数が５０〜２５０ＭＰａ、且つ熱伝導率が
３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質からな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】前記ケーシングの均熱板を保持する部分の
平坦度が８００μm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。