JP2003297714A

JP2003297714A - ウエハ支持部材

Info

Publication number: JP2003297714A
Application number: JP2002092548A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Nakamura; 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-17
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP3563726B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェハの表面温度を正確にかつ追従性良く測定
することが可能なウエハ支持部材を提供する。【解決手段】板状セラミック体２の一方の主面側を、ウ
ェハＷを載せる載置面とし、上記板状セラミック体２の
他方の主面又は内部に抵抗発熱体５を備えるとともに、
上記板状セラミック体２の他方の主面に凹部９を設け、
この凹部９内に、測温素子８ａとリード線８とからなる
測温体を挿入し、固定部材１７にて保持するとともに、
上記測温体の測温素子８ａからリード線８が固定部材１
７より露出するまでのリード線の長さを、上記リード線
８の線径の２倍〜３０倍とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主にウエハを加熱
するのに用いるウエハ支持部材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
エハ上に導体膜や絶縁膜を生成したり、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支持部材に関するものであ
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、導体膜や絶縁膜の成膜処理、エッチング処理、レ
ジスト膜の焼き付け処理等の半導体ウェハ（以下ウェハ
と略す）への加工において、ウエハを加熱するためにウ
エハ支持部材が用いられている。

【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装置が近年使われている。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、ウエハの加工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の精
度の向上が要求されていた。

【０００４】上記のようなウエハ支持部材の例として、
例えば特開平１１−２８３７２９号公報に示してあるよ
うなウエハ支持部材２１がある。このウエハ支持部材２
１は、図８に示すように、ケーシング３１、板状セラミ
ック体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。ケーシング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。このケーシング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、図９に示す抵抗発熱体２５の導通端子部には、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、抵抗発熱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、板状セラミック体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、抵抗発熱体２５は、図９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、板状セラミック体２２を加熱するウエ
ハ支持部材２１が提案されている。

【０００６】このようなウエハ支持部材２１において、
ウエハ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加工処理するためには、ウエ
ハＷの温度を正確に測定するとともにウェハＷの温度を
一定に温度制御することが重要である。そこで、ウェハ
Ｗの温度を測定する測温素子が使われ、上記ウエハ支持
部材の凹部２３に測温素子が取り付けられている。

【０００７】特開平９−４５７５２号公報には、図１０
に示すように、ウエハ支持部材に載せたウェハＷの温度
を測定し、金属製の板状体４０の上面４０ａの温度を制
御する測温抵抗体素子１５０の配置方法が示されてい
る。前記板状体４０の温度の精度やレスポンス等が優
れ、温度調節の精度を高める方法として、凹部４１に挿
入された測温素子１５０の長手方向の温度差を小さく
し、前記測温抵抗体素子１５０を板状体４０の上面に平
行に配置する方法が示されている。この測温素子はＰｔ
からなる測温素子１５０が保護管１５１に挿入され、板
状体４０の上面４０ａに対し平行となるように配置され
ている。

【０００８】さらに保護管１５１内の隙間には伝熱セメ
ント５２が充填されている。特に、抵抗発熱体を分割制
御する場合は、測定の正確さと同時に測定バラツキを管
理しないと上記板状体４０の正確な温度制御ができなく
なるので、このような取付構造とすることが好ましいと
されていた。

【０００９】また、特開平４−９８７８４号には、単一
の抵抗発熱体を板状セラミック体に埋設したウェハ加熱
装置において、ウェハ加熱面の温度が最適値から外れる
ことを防止するために、測温点をウェハ加熱領域の中心
からウェハ加熱領域の半径のほぼ１／√２の位置とする
ことが示されている。

【００１０】また、特開２００１−８５１４４号公報に
は、図９に記載の厚み３ｍｍの板状セラミック体２２に
深さ２ｍｍ、直径１．２ｍｍの凹部２３に測温素子とし
て線径０．５ｍｍ以下の熱電対を挿入し耐熱性樹脂で封
したウエハ支持部材２１が開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年注
目されている枚葉式のウエハ支持部材に使用される板状
セラミック体は、ウエハ１枚あたりの加工処理時間を短
縮するために、厚みを２〜５ｍｍと薄くし、加熱および
冷却のサイクルタイムが短くなるように調整する必要が
ある。しかしながら、ウエハの表面全体を±０．５℃と
いうレベルに均一に加熱するには、板状セラミック体に
測温素子を従来の方法で配設するだけではウェハを均一
に加熱するとの目標を達成できないとの課題があった。

【００１２】上記のようなウエハ支持部材において、特
開平９−４５７５２号公報のように測温素子１５０を板
状体４０のウェハＷを載せる載置面４０ａに平行に配置
しても、金属からなる板状体４０は厚みが３０ｍｍ以上
と厚く板状体４０を急速に昇温したり降温したりするこ
とが出来なかった。更に、測温素子１５０本体や測温素
子１５０への接続部材から熱が板状体４０の外に流れ、
測温部の温度が低下したり、測温素子１５０が板状体４
０の凹部４１の底面に熱的に確実に接続できないことか
ら板状体４０や前記ウェハＷの温度を正確に測定できな
い虞があるとの課題があった。

【００１３】また、前記板状体４０に備えた抵抗発熱体
や前記載置面４０ａから測温素子１５０までの距離によ
り設定温度に対しウェハＷの温度の追従性が悪く温度が
変動し一定の温度に制御するまでの時間が掛かりウェハ
Ｗの加工処理時間が長くなるとの問題があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題に鑑
み、本発明のウエハ支持部材は、板状セラミック体の一
方の主面側を、ウェハを載せる載置面とし、上記板状セ
ラミック体の他方の主面又は内部に抵抗発熱体を備える
とともに、上記板状セラミック体の他方の主面に凹部を
有し、該凹部内に、測温素子とリード線とからなる測温
体を挿入し、固定部材にて保持させ、上記測温体の測温
素子からリード線が固定部材より露出するまでのリード
線の長さを、上記リード線の線径の２倍〜３０倍とした
ことを特徴とする。

【００１５】また、上記測温体のリード線の線径をＡ、
測温素子から抵抗発熱体までの最短距離をＬ１、測温素
子から板状セラミック体の一方の主面へ鉛直に延ばした
垂線と、板状セラミック体の一方の主面との交点から抵
抗発熱体までの最短距離をＬ２とした時、次の関係を満
足するようにすることが好ましい。

【００１６】（Ｌ２−７×Ａ）＜Ｌ１＜（Ｌ２−Ａ）さらに、上記固定部材の熱伝導率は、板状セラミック体
の熱伝導率の６０％以上、３００％以下とし、さらには
ビッカース硬度が５０以下の金属により形成することが
好ましい。

【００１７】また、上記測温体の測温素子は、凹部底面
に対して平行に配接することが好ましい。

【００１８】

【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。

【００１９】図１は本発明に係るウエハ支持部材１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
なる板状セラミック体２の一方の主面３をウエハＷを載
せる載置面とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５
を形成し、該抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６
を具備し、前記抵抗発熱体５による加熱温度を板状セラ
ミック体２の凹部９に固定した測温素子８ａで測定して
ウエハ支持部材１を構成したものである。支持ピン１２
は板状セラミック体２を貫通する孔を通してウェハＷを
上下に移動させウェハＷを主面３に載せたり降ろしたり
することができる。そして、給電部６に給電端子１１が
接続し外部から電力が供給され、測温素子８ａとリード
線８からなる測温体で温度を測定しながらウェハＷを加
熱することができる。

【００２０】抵抗発熱体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のパターン、もしくは図３、
４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、抵抗発熱体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測
定し制御することにより、主面３上のウェハＷを均一に
加熱できるように構成している。

【００２１】また、抵抗発熱体５は、導電性の金属粒子
にガラスフリットや金属酸化物を含むペーストを印刷法
で板状セラミック体２に印刷したもので、前記金属粒子
としてはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なく
とも一種を含む成分からなる。ガラスフリットはＢ、Ｓ
ｉ、Ｚｎを含む酸化物からなるものが好ましい。この様
なガラスや金属酸化物と金属粒子を混合した抵抗発熱体
５とすることで、抵抗発熱体５の熱膨張係数を板状セラ
ミック体２の熱膨張係数に近いものとすることができ
る。

【００２２】また、主面３には図５に示すように、板状
セラミック体２の一方の主面３から一定の距離にウェハ
Ｗを保持する様に、前記主面３に複数の支持ピン４から
構成されていても良い。

【００２３】本発明のウエハ支持部材１は、板状セラミ
ック体２の一方の一主面３を、ウェハＷを載せる載置面
とするか、あるいは、前記主面３から一定の距離にウェ
ハＷを保持し、前記主面の反対側から加熱面に向けて凹
部９を設けると共に、前記凹部９に測温素子８ａを挿入
したウエハ支持部材１において、前記凹部９に測温素子
８ａを固定する固定部材１７を備え、前記板状セラミッ
ク体２に前記固定部材１７に覆われるか或いは挟まれた
部分の前記測温素子８ａの長さが前記測温素子８ａの線
径Ａの２倍〜３０倍であることを特徴とする。

【００２４】ウェハＷを載せるか或いは一定の距離にウ
ェハＷを支持する板状セラミック体２の一方の主面と異
なる他方の主面に凹部９を形成し、凹部９に測温素子８
ａを挿入し、板状セラミック体２の温度を測定する。前
記凹部９の大きさは直径２〜５ｍｍで、板状セラミック
体２の好ましい厚み２〜５ｍｍの３分の２程の深さに穿
孔され、板状セラミック体２の一方の主面３の温度が正
確に反映され、測温素子８ａと、凹部９の底面９ａとの
接触界面との熱的抵抗が小さくなるように、凹部９の底
面９ａに測温素子８ａを直接接触させるか、或いは熱的
抵抗を小さくするよう凹部９の底面９ａに熱伝導率が１
００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と大きく、変形し易い金属箔や
ペーストからなる熱的接続部材１５を介して測温素子８
ａを接続することが好ましい。

【００２５】更に、厚みが２〜５ｍｍの板状セラミック
体２の主面３の温度を正確に測温するために、板状セラ
ミック体２の主面３の温度を測温素子８ａに伝えること
が必要であり、測温素子８ａとして例えば熱電対であれ
ば、測温点から熱電対の線径の２倍以上の長さに渡り凹
部９と熱的接続部分があると主面３の温度を感度良く正
確に測定できる。例えば熱電対からなる、測温素子８ａ
のリード線８の線径の２倍を下回ると、測温点の熱が測
温素子８ａから延びるリード線８自身を介して板状セラ
ミック体２の外部へ流れ、測温点の温度が低下する虞が
あるからである。好ましくは２倍以上である。より好ま
しくは５倍以上で、更に好ましくはリード線８の７倍以
上であり、特に測温点からの測温素子８ａからリード線
８の直線部がリード線８の線径の４倍以上あると好まし
く、更にこの直線部は凹部底面９ａに平行とすることで
主面３の温度を感度良く測温できることから好ましい。
そして、前記直線部が板状セラミック体２の一方の主面
に平行であるとより好ましい。

【００２６】尚、前記の凹部９との熱的接続部分とは、
凹部９の底面９ａに固定部材１７としてロウ材や熱導伝
性ペーストで測温素子８ａを固定する場合には、測温素
子８ａから延びるリード線８及び又は測温素子８ａが凹
部９内の前記ロウ材や熱導伝性ペーストで覆われた部分
を示す。前記固定部材１７として固形物を使用した場
合、前記熱的接続部分は凹部９の固定部材１７と測温素
子８ａや測温素子８ａから延びるリード線８が接触して
いる部分を指す。また、固形の固定部材１７を使用した
場合には固定部材１７で測温素子８ａが埋設されてない
ことから雰囲気ガスの影響を受けるが、大気中で使われ
るコータデベロッパ用のウエハ支持部材１では雰囲気ガ
スの影響はなく、取り扱い上からも好適である。

【００２７】特に、図５に示す固定部材１７が固形の場
合、測温素子８ａがセラミック製の凹部９と熱的接続が
確実になされるように、凹部９の底面９ａに熱的接続部
材１５として軟質の金属箔からなるアルミニウム箔等を
置き、このアルミニウム箔等からなる熱的接続部材１５
を介して、測温素子８ａを固定部材１７で押し付け、測
温素子８ａが凹部９と面で接触するように配接すること
が好ましい。

【００２８】凹部９がヤング率２００ＧＰａ以上の剛性
の大きな板状セラミック体２からなり、凹部底面９ａは
加圧による変形が小さいことから、測温素子８ａを凹部
９と面接触させるには、凹部９の底面９ａに熱的接続部
材１５を介し底面９ａと熱的接続部材１５を面接触さ
せ、熱的接続部材１５と測温素子８ａや測温素子８ａか
ら延びるリード線８を面で接触させることが好ましい。
通常、セラミック製の凹部底面９ａの変形が小さいこと
から直接測温素子と凹部底面９ａが面接触し難いので、
測温素子８ａを加圧することにより、熱的接触部材１５
として変形が大きく面接触し易いアルミニウム、銀等の
金属箔を介して測温素子８ａを取り付けることは、凹部
９と測温素子８ａの界面の熱的な抵抗を小さくする上で
効果的であり、主面３の正確な温度を測定する上で有効
である。

【００２９】前記凹部９に前記測温素子８ａや測温素子
８ａから延びるリード線８を固定する固定部材１７を備
え、前記板状セラミック体２に前記固定部材１７に覆わ
れるか或いは挟まれた前記測温素子８ａからリード線８
の長さが、前記リード線８の線径Ａの３０倍以下である
ことが重要である。前記測温素子８ａを固定する凹部９
を大きくしたり、前記リード線８を渦巻き状に旋回した
りして線径Ａの３０倍を越えると、凹部９内のリード線
８の長さが大きくなることから、２〜５ｍｍと薄い板状
セラミック体２とリード線８の熱伝導率や熱容量の違い
により板状セラミック体２の主面３の温度分布が変化す
る虞があるためである。好ましくは、前記固定部材１７
に覆われるか或いは挟まれた前記測温素子８ａからリー
ド線８の長さが前記リード線８の線径Ａの２０倍以下で
ある。この様に設定することにより測温素子８ａの温度
は板状セラミック体２の主面の温度と０．３℃以内に抑
えることが可能であり、しかも主面３の温度変化に対し
て追従性を高めることが可能である。

【００３０】次に、上記ウエハ支持部材１の主面３の温
度は上述の様に測温素子８ａやリード線８を配設するこ
とで正確に測定できるのであるが、ウェハＷの温度を一
定に制御するには、上述の測温素子８ａで板状セラミッ
ク体２の主面の温度を測定しながら板状セラミック体２
に備えた抵抗発熱体５に電力を供給し発熱させ、前記主
面の温度を均一になるよう制御している。そのために
は、抵抗発熱体５から板状セラミック体２までの熱の伝
導性及び板状セラミック体２の主面から測温素子８ａへ
の熱の伝わり、抵抗発熱体５から測温素子８ａへの熱の
伝わり方が特に重要である。抵抗発熱体５の熱は前記主
面３に伝わり、しかもウェハＷの温度分布が均一である
ことが要求される。

【００３１】しかし、抵抗発熱体５の熱が前記主面３よ
り遅く測温素子８ａを加熱すると前記主面３の温度を測
温素子８ａで追従性良く正確に測定することが困難とな
る。この点から、前記測温素子８ａから前記抵抗発熱体
５までの最短距離Ｌ１と、測温素子８ａから板状セラミ
ック体２の一方の主面３へ鉛直に延ばした垂線と、板状
セラミック体２の一方の主面３との交点Ｐから前記抵抗
発熱体５までの最短距離Ｌ２とが同等で、しかも各最短
距離の間隔における熱抵抗ができる限り小さいことが好
ましい。そこで、本願発明者は、この間隔Ｌ１、Ｌ２は
測温素子の線径と関連し、間隔Ｌ１、Ｌ２と適切な関係
を満足させることが重要であり、適切な関係を満足させ
ることでウェハＷの温度分布が均一で、しかも温度変更
が迅速・容易なウエハ支持部材１を提供できることを究
明した。

【００３２】前記の適切な関係とは、Ｌ１は間隔（Ｌ２
−７×Ａ）より大きく、（Ｌ２−Ａ）より小さいことが
好ましい。（式１）（Ｌ２−７×Ａ）＜Ｌ１＜（Ｌ２−Ａ）Ｌ１が（Ｌ２−Ａ）より大きいと測温素子８ａが主面３
に接近し過ぎることから主面３の測温素子に近い部分の
温度が低下しウェハＷの温度分布が悪くなると共に主面
３を代表する温度を測定できなく虞があるからである。
また、Ｌ１が（Ｌ２−７×Ａ）より小さいと主面３の温
度より抵抗発熱体５の温度の影響が大きく、主面３の温
度を正確且つ迅速に測温素子８ａで測定することが困難
となり、ウェハＷの温度を一定に制御したり／ウェハを
急速に昇温すると、ウェハＷの温度を設定温度に制御で
きないばかりか、ウェハＷの温度がオバーシュートした
りする可能性が大きくなるからである。

【００３３】また、凹部９に測温素子８ａやリード線８
を固定する熱的接続部材１５や固定部材１７の熱伝導率
は１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が好ましく、更に板状セラ
ミック体２の熱伝導率の６０％より大きく、板状セラミ
ック体２の熱伝導率の３００％以下であることが好まし
い。熱的接続部材１５や固定部材１７の熱伝導率が１０
０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であったり、板状セラミック体２
の熱伝導率の６０％より小さいと、板状セラミック体２
の主面３の温度が速やかに測温素子８ａに伝わらないこ
とから、ウェハＷの温度を精度良くしかも迅速に制御し
難くなる虞があり、熱的接続部材１５や前記固定部材１
７の熱伝導率が板状セラミック体２の熱伝導率の３００
％以上では、板状セラミック体２との熱伝導率の差が大
きすぎることから前記凹部９に測温素子８ａと熱的接続
部材１５や固定部材１７を装填すると、凹部９直上の主
面３にホットスポットやクールスポットが発生しウェハ
Ｗの温度分布が悪くなる虞があり好ましくない。

【００３４】更に、前記熱的接続部材１５は、１Ｎの荷
重を３０秒間加え測定したビッカース硬度Ｈｖが５０以
下であることが好ましい。ビッカース硬度が５０以上で
は測温素子８ａと熱的接触部材５１や熱的接触部材５１
と凹部底面８ａとの接触面積が小さく板状セラミック体
２の主面３の温度を迅速に測定することが難しく、ウェ
ハＷの温度を一定に制御したり、急速にウェハＷ温度を
昇温すると温度がオーバシュートすることがあった。従
って熱的接続部材１５の硬度Ｈｖは５０以下が好まし
く、更に好ましくは３０以下である。

【００３５】この様な熱的接続部材１５としては銀、ア
ルミニウム、白金や金が好ましく、熱的接続部材１５の
厚みは１０μｍから３００μｍが好ましい。熱的接続部
材１５の厚みが１０μｍ以下では測温素子８ａやリード
線８を押し付けても面接触する範囲が小さく厚みが３０
０μｍ以上では熱の伝達が遅くなり迅速な測温が難しく
なる。好ましくは、熱的接続部材１５の厚みは５０〜２
００μｍである。

【００３６】また、前記凹部９の底面９ａに前記測温素
子８ａやリード線８の先端部が主面３に平行に配設する
ことが好ましい。測温素子８ａやリード線８の先端部が
主面３に平行に配設されていないと、測温素子８ａの熱
がリード線８を伝わり逃げることから測温した温度が低
下し、正確なウェハＷの温度を測定できないからであ
る。測温素子８ａの先端部が主面３と平行な長さは２〜
３ｍｍが好ましい。２ｍｍ以下では測温部の検知部が短
いことから熱の逃げが大きく正確な測温をすることが難
しい。また、３ｍｍ以上では凹部の内径が大きくなり過
ぎて凹部上面にクールスポットを生じる危険性があるか
らである。

【００３７】次に、本発明の他の実施形態を示す。

【００３８】図６は、抵抗発熱体５により加熱が容易で
加熱による変形が小さな２から５ｍｍの板厚の板状セラ
ミック体２に測温素子８ａを取り付けた本発明の他の実
施形態を示す図である。凹部の深さは板厚の２／３程
で、凹部の直径は３ｍｍであり、測温素子８ａやリード
線８として０．３から０．８ｍｍで表面を絶縁処理した
熱電対を使い、熱電対の先端２〜３ｍｍを折り曲げ凹部
９にロウ付けしたもので、例えば金錫ロウや銀銅ロウが
使用できる。ロウ付けの他、硬化収縮の非常に小さな例
えば銀・エポキシ樹脂を混合した熱伝導性ペーストで接
着しても良い。そして、これらのロウ材や熱伝導性ペー
ストは測温素子８ａや測温素子８ａに近いリード線８を
固定する前記固定部材１７の熱的特性や機械的特性を有
していると、ウェハＷの温度を正確に精度良くしかも感
度良く測定することができることを究明できた。

【００３９】図７は、図６と同様の板状セラミック体２
に同様の凹部９を形成し、熱的接続部材１５を凹部底面
９ａに備え、測温素子８ａとリード線８を固定部材１７
で押圧したもので、固定部材１７を押圧する加圧ピン１
６を有しており、加圧ピン１６と固定部材１７の間には
断熱層として熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のアルミ
ナ・ジルコニア複合セラミックやテフロン（登録商標）
等の耐熱樹脂からなる断熱部材２０が用いられれる。そ
して加圧ピン１６は外部に備えたスプリングバネ１８で
断熱部材２０を押圧する構造としている。

【００４０】一方、ウエハ支持部材１を構成する板状セ
ラミック体２の材質としては、耐摩耗性、耐熱性に優れ
るアルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウ
ム、炭化珪素を用いることができ、この中でも特に窒化
アルミニウムや炭化珪素は熱伝導率が５０Ｗ/（ｍ・
Ｋ）以上、さらには１００Ｗ/（ｍ・Ｋ）以上の高い熱
伝導率を有するとともに、ヤング率が３００ＧＰａ、４
００ＧＰａと大きく、加熱による板状セラミック体２の
変形が小さく好ましい。更に、フッ素系や塩素系等の腐
食性ガスに対する耐蝕性や耐プレズマ性にも優れること
から、板状セラミック体２の材質として好適である。

【００４１】このようなウエハ支持部材１を製造する方
法として、まず、板状セラミック体２をなすＡｌＮ粉末
に炭酸カルシウム等の焼結助剤を加え、アクリル系のバ
インダを添加し板状に成形し、カーボン残さを残した成
形体を２０００℃程で加圧焼結させる。または、窒化ア
ルミニウム粉末に０．１質量％のカルシアを添加しバイ
ンダを添加し造粒した粉末を板状に成形し窒素雰囲気中
で２０００℃以上で焼成する。焼結した板状セラミック
体２の表裏面を研削加工し、円板状に加工する。そして
他方の主面に前記抵抗発熱体５を印刷し抵抗発熱体５を
設ける。抵抗発熱体５の存在領域が略円形をした図２に
示す中央から外周へ向かう渦巻き状の抵抗発熱体５や図
３、４に示す抵抗発熱体５を配設した板状セラミック体
２を形成する。

【００４２】しかるのち、板状セラミック体２の上面に
研摩加工を施してウェハＷを載置するかあるいは主面３
から一定の距離にウェハＷを支持する主面３を形成する
とともに、下面に給電端子１１と板状セラミック体２を
固定する有底筒状体１９に取り付け固定している。

【００４３】なお、図１では板状セラミック体２の他方
の主面３に抵抗発熱体５のみを備えたウエハ支持部材１
について示したが、本発明は、主面３と抵抗発熱体５と
の間に静電吸着用やプラズマ発生用としての電極を埋設
したものであっても良いことは言うまでもない。更に抵
抗発熱体５を板状セラミック体２の他方の主面に設けた
ヒータについて述べたが、抵抗発熱体５を板状セラミッ
ク体２の載置面３と異なる主面に形成しガラス等で埋設
しても同様の効果が得られる。

【００４４】また、抵抗発熱体５が板状セラミクス体２
の主面３に設けられた例を示したが、板状セラミックス
体２の載置面と異なる主面側に抵抗発熱体５を埋設した
ウエハ支持部材でも同様の効果が得られる。

【００４５】

【実施例】（実施例１）ここで、板状セラミック体２と
して平均粒径１．２μｍの窒化アルミニウム粉末に平均
粒径１μｍのカルシアを０．１質量％添加し混合粉砕し
アクリルバインダを添加しφ４００ｍｍの板状に成形
し、空気中と窒素雰囲気中の４００℃で1時間脱バイン
ダ処理した後、２０００℃の窒素雰囲気中で焼結した。
焼結体の表裏面を研削加工しφ３２０ｍｍで厚み３ｍｍ
の円板状の板状セラミック体２を得た。そして、この板
状セラミック体２の他方の主面３に金属銀５０質量％含
み、Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２・ＺｎＯガラス（熱膨張係数
４．４ｘ１０^-6／℃）を５０質量％含む粉体に溶剤を添
加しペーストを作製した。

【００４６】そして、板状セラミック体２の他方の主面
に抵抗発熱体５として上記ペーストを２０μｍの厚みに
スクリーン印刷法で印刷した。そして、個々の各抵抗発
熱体５に対応して直径３ｍｍで深さ２ｍｍの凹部９を作
製した。そして、凹部９の底面９ａに熱的接続部材１５
として１００μｍの厚みのアルミニウム箔を置き、測温
素子８ａやリード線８として線径０．５ｍｍと０．３ｍ
ｍの熱電対を先端から数ミリの位置で渦巻き状に巻き先
端部をアルミ箔の上に置き、アルミニウム製のφ２．９
ｍｍ、厚み２ｍｍで測温素子が通過する溝を取り付けた
固定部材１７で測温素子を押さえた。固定部材１７は外
径２．５ｍｍで厚み５００μｍのジルコニアセラミック
からなる断熱部材２０を介して加圧ピン１６で測温素子
８ａやリード線８を加圧し凹部９の底面９ａと熱的に接
続させた。尚、熱的接続をする上で、固定部材１７に覆
われるか或いは挟まれた測温素子８ａからリード線８の
長さはリード線８を渦巻き状に巻いた長さで調整した。

【００４７】また、試料Ｎｏ．７は、銀―銅ロウからな
る固定部材を３５０℃に加熱後圧入して作製した。

【００４８】そして、固定部材に覆われるか或いは挟ま
れた測温素子８ａからリード線８の長さを変えたウエハ
支持部材を作製し、夫々のウエハ支持部材に電源を取り
付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温
し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷ
の平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるま
での時間を応答時間として測定した。また２００℃に設
定し３０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェ
ハＷの温度差として測定した。そして、表１の結果を得
た。

【００４９】

【表１】

【００５０】試料Ｎｏ．１は固定部材に挟まれた測温素
子８ａからリード線８の長さがリード線８の外形の１倍
と小さ過ぎることから応答時間が６４秒と大きく、しか
もウェハの温度差も１．５℃と大きく本願発明の範囲外
であることが分る。また、試料Ｎｏ．１０は逆に固定部
材に挟まれた測温素子８ａからリード線８の長さが測温
素子の外形の３３倍と大き過ぎることから応答時間が６
５秒と大きく、しかもウェハの温度差１．２℃と大きく
好ましくないことが判明した。

【００５１】一方、試料Ｎｏ．２〜９は固定部材に挟ま
れた測温素子８ａからリード線８の長さが測温素子の外
形の２倍から３０倍で、何れも応答時間が６０秒以下と
小さくしかもウェハの温度差は１℃以下と小さくウエハ
支持部材として優れた特性を示すことが分る。試料Ｎ
ｏ．３は応答時間が５０秒以下で且つウェハの温度差は
０．９℃以下と小さく、更に試料Ｎｏ．４〜６、８は応
答時間が４０秒以下で且つウェハの温度差は０．８℃以
下と小さく更に好ましい事が判明した。

【００５２】従って、板状セラミック体の凹部に備えた
固定部材に覆われるか或いは挟まれた測温素子８ａから
リード線８の長さが測温素子の線径Ａの２倍から３０倍
であると優れた特性を示すことが分った。（実施例２）実施例１と同様の工程でウエハ支持部材を
作製し凹部の位置と深さを変えて凹部に測温素子８ａや
リード線８として直径（Ａ）０．５ｍｍの熱電対を挿入
し、図７の構造となるように測温素子８ａやリード線８
を固定した。そして、凹部の測温素子８から抵抗発熱体
５までの距離Ｌ１と、測温素子８ａと主面上の点の距離
が最低距離となる点Ｐから抵抗発熱体までの距離Ｌ２を
変えたウエハ支持部材を作製し、実施例１と同様にウエ
ハ支持部材の特性を評価した。

【００５３】また、試料Ｎｏ．２５は抵抗発熱体を印刷
した後、更に同種のＡＬＮシートを印刷面に重ね抵抗発
熱体をＡＬＮで埋設したウエハ支持部材を作製した。

【００５４】そしてこれらウエハ支持部材の特性を表２
に示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】（Ｌ２−７×Ａ）＜Ｌ１＜（Ｌ２−Ａ）が
成立している試料Ｎｏ．２２から２４は応答時間が３５
秒以下と小さく、ウェハの温度差も０．７℃以下と小さ
く好ましい事が分った。

【００５７】一方、試料Ｎｏ．２１はＬ１＜（Ｌ２−
Ａ）が成立せず、応答時間は５９秒と大きく、ウェハの
温度差も０．９℃と大きかった。

【００５８】また、試料Ｎｏ．２５は発熱体から測温素
子８ａの方向と主面の方向が９０度以上と大きく距離Ｌ
１がマイナス表示されることからＬ１＞（Ｌ２−７×
Ａ）が成立せず、応答時間も５８秒と大きく、ウェハの
温度差も０．９℃と大きかった。（実施例３）ここで、板状セラミック体２として平均粒
径１．２μｍの窒化アルミニウム粉末に平均粒径１μｍ
のカルシアを０．１質量％と平均粒径１．１μｍのイッ
トリヤを所定の量添加して混合粉砕しアクリルバインダ
を添加し直径４００ｍｍの板状に成形し、空気中と窒素
雰囲気中の４００℃で1時間脱バインダ処理した後、２
０００℃の窒素雰囲気中で焼結した。同時に直径１０ｍ
ｍ厚み３ｍｍの熱伝導率測定用のテストピースを切り出
すと共に、焼結体の表裏面を研削加工し直径３２０ｍｍ
で厚み３ｍｍの円板状の板状セラミック体２を得た。そ
して、この板状セラミック体２の他方の主面３に金属銀
５０質量％含み、Ｂ２Ｏ３・ＳｉＯ２・ＺｎＯガラス
（熱膨張係数４．４ｘ１０^-6／℃）を４０質量％含む粉
体に溶剤を添加しペーストを作製した。

【００５９】そして、板状セラミック体２の他方の主面
に抵抗発熱体５の形状で上記ペーストを２０μｍの厚み
にスクリーン印刷法で印刷した。そして、個々の各抵抗
発熱体５に対応して直径３ｍｍで深さを変えて凹部９を
作製した。そして、凹部９の底面９ａに熱的接続部材１
５として１００μｍの厚みのアルミニウム箔を置き、測
温素子８ａやリード線８として線径０．５ｍｍと０．３
ｍｍの熱電対を先端から３ミリの位置で直角に折り曲
げ、その先端部をアルミ箔の上に置き、金属製のφ２．
９ｍｍ、厚み２ｍｍで測温素子が通過する溝を取り付け
た固定部材１７で測温素子を押さえた。固定部材１７は
外径２．５ｍｍで厚み５００μｍのジルコニアセラミッ
クからなる断熱部材２０を介して、加圧ピン１６で測温
素子８ａやリード線８を加圧し凹部９の底面９ａと熱的
に接続させた。そして、夫々のウエハ支持部材に電源を
取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇
温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハ
Ｗの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となる
までの時間を応答時間として測定した。また２００℃に
設定し３０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウ
ェハＷの温度差として測定した。そして、表３の結果を
得た。

【００６０】

【表３】

【００６１】固定部材の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・
Ｋ）以上で板状セラミック体の熱伝導率の６０％以上、
３００％以下の熱伝導率を有する試料Ｎｏ．３３、３
４、３６、３７は応答時間が２８秒以下と優れていた。
また、ウェハの温度差も０．７℃以下と好ましいもので
あった。

【００６２】それに対し、固定部材の熱伝導率が板状セ
ラミックの熱伝導率の３４１％や５０２％の試料Ｎｏ．
３１、３２はウェハの温度差が夫々０．９℃と大きかっ
た。

【００６３】また、試料Ｎｏ．３５のように固定部材の
熱伝導率が板状セラミック体の熱伝導率の５７％と６０
％以上でないものは応答時間が３５秒とやや大きかっ
た。

【００６４】従って、上記結果より凹部に測温素子を備
え、板状セラミック体の熱伝導率に対して６０％以上、
３００％以下でである熱伝導率を有する固定部材で測温
素子８ａからリード線８を固定することで更に応答時間
が小さく、ウェハの温度差の小さなウエハ支持部材を得
る事ができる。（実施例４）実施例１と同様に板状セラ
ミック体２を作製し、抵抗発熱体５となるペーストとし
て種種の金属とガラス成分や金属酸化物を混合しペース
ト状に作製したのちスクリーン印刷しウエハ支持部材を
作製した。

【００６５】そして、ウエハ支持部材の板状セラミック
体の凹部に測温素子を固定する固定部材を硬度の異なる
金属やＡｇ−Ｎｉ系合金で作製し、夫々同じ形状の板状
セラミック体に取り付けた。

【００６６】作製した夫々のウエハ支持部材に電源を取
り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温
し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷ
の平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるま
での時間を応答時間として測定した。また２００℃に設
定し３０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェ
ハＷの温度差として測定した。

【００６７】また試料Ｎｏ．４４は測温素子を凹部に挿
入した後、ロウ材を載せ、ロウ材をレーザビームで局部
加熱して凹部にロウ材を圧入した。

【００６８】その結果を表４に示す。

【００６９】

【表４】

【００７０】固定部材のビッカース硬度が５０以下の試
料Ｎｏ．４１から４４は応答時間が１９秒以下でしかも
ウェハの温度差が０．５℃以下と最も優れた特性を示す
事が判明した。

【００７１】更に、固定部材のビッカース硬度が３０以
下の試料Ｎｏ．４１から４２は応答時間が１６秒以下で
しかもウェハの温度差が０．４℃以下と更に優れた特性
を示す事が判明した。

【００７２】従って、測温素子を固定する固定部材はビ
ッカース硬度が５０以下の材料で固定することが優れた
ウエハ支持部材を作製する上で重要である事を究明でき
た。

【００７３】

【発明の効果】以上のように、本発明のウエハ支持部材
によれば、板状セラミック体の一方の主面側を、ウェハ
を載せる載置面とし、上記板状セラミック体の他方の主
面又は内部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記板状セ
ラミック体の他方の主面に凹部を有し、該凹部内に、測
温素子とリード線とからなる測温体を挿入し、固定部材
にて保持させ、上記測温体の測温素子からリード線が固
定部材より露出するまでのリード線の長さを、上記リー
ド線の線径の２倍〜３０倍としたことによって、ウェハ
の表面温度を正確にかつ追従性良く測定することができ
るため、ウェハを３５℃／分以上の速度で急速昇温する
ことができる。

【００７４】また、上記測温体のリード線の線径をＡ、
測温素子から抵抗発熱体までの最短距離をＬ１、測温素
子から板状セラミック体の一方の主面へ鉛直に延ばした
垂線と、板状セラミック体の一方の主面との交点から抵
抗発熱体までの最短距離をＬ２とした時、以下の関係を
満足するようにすることで、ウェハ温度の応答時間が短
く優れ、しかもウェハの面内温度差を０．７℃以下とす
ることができる。

【００７５】（Ｌ２−７×Ａ）＜Ｌ１＜（Ｌ２−Ａ）さらに、上記固定部材の熱伝導率は、板状セラミック体
の熱伝導率の６０％以上、３００％以下とし、さらには
ビッカース硬度が５０以下の金属により形成すること
で、ウェハ温度の応答時間は３０秒以下と短く優れ、し
かもウェハの面内温度差を０．４〜０．７℃以下と小さ
くすることができる。

【００７６】また、上記測温体の測温素子は、凹部底面
に対して平行に配接することで、ウェハの表面温度をさ
らに正確にかつ追従性良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にウエハ支持部材の一例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図であ
る。

【図３】本発明の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図で
ある。

【図４】本発明のさらに他の抵抗発熱体の形状を示す概
略図である。

【図５】本発明の測温素子を取り付け部を示す概略図で
ある。

【図６】本発明の他の測温素子を取り付け部を示す概略
図である。

【図７】本発明の他の測温素子を取り付け部を示す概略
図である。

【図８】従来のウエハ支持部材を示す、部品展開図であ
る。

【図９】従来のウエハ支持部材の抵抗発熱体の概略図で
ある。

【図１０】（ａ）（ｂ）従来の測温素子を取り付け部を
示す概略図である。

【符号の説明】

１・・・ウエハ支持部材２・・・板状セラミック体３・・・一方の主面４・・・支持ピン５・・・抵抗発熱体６・・・給電部８・・・リード線８ａ・・・測温素子９・・・凹部９ａ・・・底部１１・・・給電端子１２・・・ウェハ突き上げピン１５・・・熱的接続部材Ｐ・・・測温素子から板状セラミック体の一方の主面へ
鉛直に引いた垂線と板状セラミック体の一方の主面との
交点１６・・・加圧ピン１７・・・固定部材１８・・・スプリングバネ１９・・・有底筒状体２０・・・断熱部材２２・・・板状セラミック体２３・・・凹部２５・・・抵抗発熱体２７・・・導通端子３１・・・ケーシング３１ａ・・・ケーシングの底部３３・・・ステンレス板３４・・・開口部３５・・・ピン挿通孔３６・・・リード線取り出し用の孔４０・・・板状体４１・・・凹部５７・・・穴１５０・・・測温素子１５１・・・保護菅Ｗ・・・半導体ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/74 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA03 AA04 AA10 AA16 BB06 BC12 FA13 FA16 HA04 HA10 JA10 3K058 AA42 BA19 CA12 CA69 3K092 PP09 QA05 QB04 QB44 QB45 QB76 RF03 RF11 RF17 RF22 UA05 VV40 5F045 BB02 DP01 EM09 GB05 5F046 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状セラミック体の一方の主面側を、ウェ
ハを載せる載置面とし、上記板状セラミック体の他方の
主面又は内部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記板状
セラミック体の他方の主面に凹部を有し、該凹部内に、
測温素子とリード線とからなる測温体を挿入し、固定部
材にて保持するようにしたウエハ支持部材であって、上
記測温体の測温素子からリード線が固定部材より露出す
るまでのリード線の長さを、上記リード線の線径の２倍
〜３０倍としたことを特徴とするウエハ支持部材。
【請求項２】上記測温体のリード線の線径をＡ、測温素
子から抵抗発熱体までの最短距離をＬ１、測温素子から
板状セラミック体の一方の主面へ鉛直に延ばした垂線
と、板状セラミック体の一方の主面との交点から抵抗発
熱体までの最短距離をＬ２とした時、次の関係を満足す
ることを特徴とする請求項１に記載のウエハ支持部材。（Ｌ２−７×Ａ）＜Ｌ１＜（Ｌ２−Ａ）
【請求項３】上記固定部材の熱伝導率が、板状セラミッ
ク体の熱伝導率の６０％以上、３００％以下であること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウエハ支持
部材。
【請求項４】上記固定部材のビッカース硬度が５０以下
の金属からなることを特徴とする請求項３に記載のウエ
ハ支持部材。
【請求項５】上記測温体の測温素子を凹部底面に対して
平行に配接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エハ支持部材。