JP2003324048A - ウェハ加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハ加熱装置のウェハ載置離脱用のウェハ
リフトピンを挿通する均熱板の貫通孔部分において温度
がばらつき、ウェハ熱処理時のウェハ表面温度が均一と
ならない。 【解決手段】 上部主面をウェハの戴置面とするセラミ
ック基板と該セラミック基板の内部もしくは下部主面に
配置した発熱体とから成る均熱板と、均熱板を貫通する
貫通孔を挿通してウエハを昇降させるリフトピンと、前
記ウェハリフトピンを挿通して案内するガイド孔を備え
たガイド部材と、を含むウエハ加熱装置であって、ガイ
ド部材が、貫通孔とガイド孔とを連通するようにガイド
部材の上端面を均熱板の下部主面に近接させて、配置さ
れ、ガイド部材の上端面の形状が肉厚０．１〜３．０ｍ
ｍの環状として、均熱板からガイド部材への熱伝導と熱
輻射とを軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハを加熱する
際に用いるウェハ加熱装置に関して、特に、ウエハを装
置上に昇降させるリフトピンを案内保持するための保持
部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウエハ加熱装置は、半導体ウェハや液晶
装置あるいは回路基板等のウェハを加熱する装置で、ウ
エハ上に半導体薄膜を形成し、又は、塗布されたレジス
ト液を乾燥焼き付けてレジスト膜を形成する等に使用さ
れている。

【０００３】従来の半導体製造装置は、複数のウェハを
一括して加熱するバッチ式と、１枚ずつ加熱する枚葉式
とがあり、枚葉式は、温度制御性に優れているので、半
導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上
が要求されるに伴ない、広く使用されている。

【０００４】近年生産効率の向上のために、ウェハサイ
ズの大型化が進んでいるが、半導体素子自体も多様化
し、必ずしも大型ウェハで製造することが生産効率の向
上にはつながらず、寧ろ、単一の装置を使用して、多種
多様サイズのウェハをそれぞれの熱処理条件に対応して
加熱できることが望まれている。

【０００５】従来技術に関して、特開２００１−５２９
８５は、発熱体を下面に備えて上面でウエハを加熱する
ホットプレートとこれを支持する密閉容器とを含むホッ
トプレートユニットに関して、ウェハ面を支持してウェ
ハの授受を行うウェハリフトピンを利用して、多種サイ
ズのウェハに対応できる装置を開示している。

【０００６】この従来装置は、図９に図示のように、ケ
ーシング６９の上の開口部にセラミックのホットプレー
ト５４を固定し、ホットプレートには、下面５９に発熱
体として抵抗パターン５５を備え、上面を、加熱すべき
ウエハＷを載置する載置面５３としている。ケーシング
の底部には、ピン挿通スリーブ６２が立設されて、上記
のホットプレート５４の下面５９と接触して、そのスリ
ーブ６２の挿通孔が、ホットプレート５４に開設した貫
通孔７６と連通されている。リフトピンは、ピン挿通ス
リーブ６２の挿通孔とホットプレート５４の貫通孔７６
に挿通されて、リフトピンの上端でウエハを保持しなが
ら降下して、ウエハをホットプレート上に載置し、加熱
処理後には、ホットプレートの上方に上昇させて、ウエ
ハの脱着を容易にしている。

【０００７】この装置は、また、ケーシング６９内部に
冷却用の空気を流通させるための流体供給用のポート６
７が、上記のケーシング底部に設けられ、加熱処理した
後のウエハを放冷する過程で、ポート６７から空気をホ
ットプレートに吹き付けて、その降温の速度を高めて、
ウエハの冷却時間を短縮することがなされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のウエハ加熱
装置においては、ガイド部材は、その端部面がセラミッ
ク基板の貫通孔の周辺部に接触して、貫通孔を密封して
おり、上記の冷却の際に供給された空気が貫通孔に浸入
してウエハの表面に直接に吹き付て、その吹き付け部位
を局部的に冷却するのを防止している。然しながら、ピ
ン挿通スリーブの上端が均熱板の下面に直接に接触して
いると、抵抗発熱体に通電してウェハを加熱する際に
は、セラミック基板からガイド部材へと熱移動が起こ
り、その結果、ウェハ表面温度が、ウェハリフトピン近
傍で、他の部分の表面温度に比べて低くなり、処理後の
ウェハ表面状態にばらつきを生じる原因となっていた。

【０００９】上記の問題を解決するために、セラミック
基板のガイド部材が接する領域での発熱量が増加するよ
うに抵抗発熱体の抵抗分布を調整してガイド部材への熱
の移動を補償し、目的温度に達した時にウェハ表面の温
度分布を良好にするように温度設定をすることが考えら
れる。しかし、この方法では、表面温度の均一化のため
の抵抗発熱体の各部位での発熱量の精密設定が難しく、
さらに、設定温度に達するまでの過渡時において板状セ
ラミックス板の温度分布が悪化し、結果として、熱処理
後のウェハ表面状態にばらつきが生じていた。

【００１０】本発明は、均熱板からガイド部材への熱の
移動を抑えて、定常保温過程でもその前の昇温過程にお
いても、ウエハの表面温度を均一化することのできるウ
エハ加熱装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のウェハ加熱装置
は、上部主面をウェハの戴置面とするセラミック基板に
配置した発熱体を含む均熱板と、均熱板を貫通する貫通
孔を挿通してウエハを昇降させるリフトピンと、前記ウ
ェハリフトピンを挿通して案内するガイド孔を備えたガ
イド部材と、を含むが、ガイド部材の少なくとも上端面
を先細にしてセラミック基板の下部主面に近接させ、こ
れによって、セラミック基板ないし均熱板からガイド部
材への熱伝導と熱輻射とを軽減して、昇温過程と定常保
温過程でのウエハの表面温度分布を均一にするものであ
る。

【００１２】本発明は、ガイド部材を、上端面が肉厚
０．１〜３．０ｍｍの環状になるようにして、熱伝導又
は熱輻射によって起こる均熱板の下部端面からガイド部
材上端面への熱の移動を抑制するものである。

【００１３】本発明の装置は、ガイド部材をセラミック
基板をに近接させる形態として、ガイド部材の上端面が
セラミック基板に接触する構造を含む。また、本発明の
装置は、ガイド部材の上端面が、セラミック基板の下面
に離間して配置する構造が含まれる。この態様は、ガイ
ド部材の上端面とセラミック基板の下面との間に離間距
離ないし間隙を設けて、セラミック基板からガイド部材
への熱伝達を抑制し、セラミック基板の局部的な温度の
低下を防止するものである。

【００１４】さらに，本発明の装置は、ガイド部材の上
端面が、セラミック基板の下面との間に環状の軟質弾性
の接続部材を介して配置することも含まれる。接続部材
は、ウエハの冷却の際に、支持台内に供給された空気が
その間隙を通ってセラミック基板の貫通孔からウエハに
到達して局部的に冷却するのを防止するものである。

【００１５】ガイド部材は、その熱伝導率を、ウェハ加
熱用の均熱板を構成するセラミック基板の熱伝導率より
小さくするのが好ましく、これは、均熱板で発生した熱
がガイド部材へ移動するのを抑制するものである。

【００１６】本発明に用いられるガイド部材の実施形態
は、ガイド部材先端の全長の１／３以上が先細段部にさ
れる。先細段部にすることにより、均熱板から熱伝導又
は熱輻射によって生じるガイド部材への熱の移動が抑制
できるので好ましい。

【００１７】また、ガイド部材の別の実施形態は、ガイ
ド部材先端の全長の２／３以上を先細テーパー部とされ
て、先細のテーパ部により、均熱板から熱伝導又は熱輻
射によってガイド部材への熱移動が抑制できるので好ま
しい。

【００１８】

【発明の実施の形態】この実施形態のウエハ装置加熱装
置においては、図１と図８に例示すように、均熱板４
が、上部主面をウェハの戴置面３とするセラミック基板
２と、該セラミック基板の内部もしくは下部主面に配置
した発熱体５とから構成され、ウエハ加熱装置には、均
熱板４を貫通した貫通孔２６を挿通してウエハＷを昇降
させるリフトピン２５と、これらウェハリフトピンを挿
通して案内するガイド部材１２を設けている。そして、
ウエハ加熱装置は、この均熱板２の周縁部を支持する円
筒状の支持台１９を備えて、支持台の内部空所には、均
熱板下部にリフトピン２５とそのガイド部材１２とを含
む。

【００１９】セラミック基板は、セラミック焼結体の板
であり、酸化物、炭化物、窒化物の焼結体が利用され
て、通常は、円盤状を成している。セラミック基板の上
部主面がウエハの載置に利用され、下部主面ないし内部
に発熱抵抗体が配置され、リフトピンを挿通するための
貫通孔を備えて、その周縁部が、上記筒状の支持台の上
部開口部の周縁部に固定されている。

【００２０】セラミック基板は、通常は、２〜５ｍｍの
厚みとされ、均熱板の強度を確保して、均熱板の熱容量
を小さくして、加熱および冷却時の温度が定常化するま
での時間を短くするようにされる。また、セラミック基
板は、好ましくは、ヤング率２００ＧＰａ以上の材料が
用いられ、熱応力に対して変形量を少なくし上記板厚に
薄くできる。

【００２１】また、セラミック基板は、好ましくは、６
０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料から形成
され、薄い板厚でも抵抗発熱体の発熱を伝導し、ウェハ
載置面の温度ばらつきを小さくすることができる。これ
らの点から、炭化珪素質または窒化アルミニウム質の焼
結体が利用できる。

【００２２】均熱板に設ける抵抗発熱体５は、抵抗材料
のストリップからパターン形成されて、図８に示すよう
にセラミック基板２の内部に埋設されるか、図１に示す
ように、下部主面に取着されている。抵抗体ストリップ
は、同心円状、又は渦巻き状のパターンで配置して構成
することができ、セラミック基板の面域でいくつかに分
割した発熱体にし、各発熱体は、連続したストリップで
形成される抵抗回路にし、各発熱体を電力制御して、セ
ラミック基板全体で温度が均一化するように発熱量の分
布を与えることができる。

【００２３】均熱板は支持台上に固定されるが、支持台
は、有底筒状を成して、底部にはウェハリフトピンを挿
通する底部貫通孔を有してガイド部材の下端側を定置
し、上部の開口部が、上記の均熱板の周縁部を固定して
いる。

【００２４】リフトピンは、支持台下部に配置した駆動
装置により、上下動可能に立設され、好ましくは、３本
以上のウェハリフトピンが利用される。リフトピンは、
支持台の貫通孔を貫通して、リフトピン保持部材のガイ
ド孔を挿通して、セラミック基板の貫通孔を挿通して、
基板上面から先端が突出するように配設される。リフト
ピンは、外部から運搬してきたウェハをウェハリフトピ
ンの上端で受け取り、ウェハリフトピンを下降させて均
熱板のウェハ戴置面に戴置することができ、加熱処理後
には、ウェハリフトピンを同時に上昇させて熱処理を終
えたウェハを戴置面から離脱するのである。

【００２５】リフトピンは、金属の細い線条で形成さ
れ、好ましくは、２〜６ｍｍの直径を有している。リフ
トピンが、この直径２ｍｍより細いと、十分な剛性を確
保できず、ウェハの荷重で、曲がりやすくなり、ウェハ
の載置離脱の安定性に欠けるので好ましくない。直径６
ｍｍより太いと、セラミック基板の貫通孔の直径が大き
くなり、この上のウェハＷにクールスポットを発生させ
るので好ましくない。

【００２６】セラミック基板の貫通孔は、リフトピンを
挿通するが、貫通孔の内径が２〜８ｍｍであると、貫通
孔周辺部の温度ばらつきを抑制でき、ウェハを短時間で
均一に加熱することができるので好ましい。貫通孔の内
径が８ｍｍを越えると、均熱板の非加熱領域である貫通
孔が広くなり過ぎて、周囲の抵抗発熱体の熱密度を調整
しても、均熱性を確保できないので好ましくない。

【００２７】ガイド部材は、底部に固定され、均熱板の
下部主面側に配置されて、内部に形成されたガイド孔を
有する筒体であり、ガイド孔でリフトピンをその先端が
セラミック基板の上記貫通孔に挿入できるように方向付
ける機能を有している。

【００２８】後述のように、ガイド部材の形態は、ガイ
ド部材の上端面が、均熱板の下部主面と接触して配置す
るものが採用できる。別の形態は、ガイド部材の上端面
が、均熱板の下部主面とは間隙を設けて離間的に配置す
るものが採用される。別の形態では、ガイド部材は、ガ
イド部材の上端面が、均熱板の下部主面と、別の接続部
材によって接続されたものが採用される。

【００２９】このようなガイド部材は、一般に、金属、
セラミック、耐熱性ポリマから選ばれる。ガイド部材
は、共通して、横断面が矩形または円形、その他の変形
を含む柱状ないし筒状である。ガイド部材のガイド孔
は、リフトピンを挿通することのできる直径を有し、リ
フトピンの直径に対応して、ガイド孔の内径は、２〜８
ｍｍであるのが好ましい。

【００３０】ガイド部材の上端面は、細くされて、肉厚
０．１〜３．０ｍｍの環状の形状とし、基板から上端面
への熱伝達量を低減することができる。上端面の肉厚
は、端面の外周とガイド孔内周との間の厚みないし幅を
言う。ガイド部材の上端面の肉厚が、３．０ｍｍを越え
ると、セラミック基板−ガイド部材間の熱伝達の量が大
きくなり、セラミック基板の厚みが小さいと、ウエハ上
で、基板の貫通孔に対応する部位の温度が他の部位より
も低くなる惧れがある。肉厚を０．１ｍｍより小さくす
ると、ガイド部材の上端面が加熱処理時に熱変形する惧
れがあり、十分な強度を得ることができない。

【００３１】ガイド部材上端面の環状の肉厚は、０．１
〜０．５ｍｍであるのがいっそう好ましい。このような
肉厚のガイド部材は、均熱板のガイド部材の直上部位か
らガイド部材に移動する熱量が軽減され、これにより、
均熱板の接触面周辺部温度の低下が抑制され、ウェハ表
面のクールスポットの発生を防止することができる。

【００３２】このようなガイド部材の形状は、好ましく
は、直状の管ないし筒が利用される。この形状は、好ま
しくは、上記ガイド部材の上端面が均熱板の下部主面と
は間隙を設けて離間的に配置する実施形態に採用でき
る。この場合は、ガイド部材は、均熱板の荷重を支持し
ないので、特に、太くする必要がない。

【００３３】他方で、ガイド部材は、下部側を太くした
大径部を設けるのが、底部への定置固定が容易となり、
好ましい。また、ガイド部材は、ガイド部材の上端面が
均熱板の下部主面と接触する実施形態では、大径部を設
けるのが荷重を支持するので好ましい。

【００３４】しかしながら、ガイド部材に大径部を設け
た形態は、大径の部分が均熱板から支持台の底部側への
熱伝導を高め、さらに、均熱板の下面から大径部の側面
に受ける放射熱量を高める。特に、ガイド部材の上部の
側面部は、ガイド部材の上端面ほどではないが、均熱板
の輻射熱を受けるので、均熱板からガイド部材に熱移動
が起こり、均熱板の温度が部分的に下がる。そこで、ガ
イド部材の上部を下部より小径にして先細段部を形成す
るのが好ましく、ガイド部材の上部の側面積を減少させ
て、熱移動を抑制することができる。先細段部は、断面
円形又は矩形の筒状で、断面直径又は四辺は、２．１〜
２０ｍｍの範囲とすることができ、この場合は、下部の
大径部の直径ない四辺１０〜４０ｍｍの範囲とすること
ができる。

【００３５】ガイド部材の上部は、輻射熱の吸収が顕著
で、この先細段部は、ガイド部材の全長（即ち、高さ）
の１／３以上の長さ範囲で形成するのが好ましく、熱移
動が効果的に抑制することができる。先細段部の形成範
囲がガイド部材の１／３以下であると、小径部による輻
射熱の熱移動を抑制する効果は低い。

【００３６】ガイド部材上部は、先細段部に代えて、先
細テーパー部とすることもできる。先細テーパー部は、
先細段部と同様に、熱輻射による均熱板からガイド部材
への熱移動を抑制することができる。先細テーパー部
は、ガイド部材の上端から高さの２／３以上の長さとす
るのが、熱の移動が抑制されるので好ましい。先細テー
パー部の長さが高さの２／３より小さいと、先細テーパ
ー部による輻射熱の熱移動を抑制する効果は低くなる。
ガイド部材の高さにわたって先細テーパー部として、ガ
イド部材を錐体、例えば、裁頭円錐体とすることでき
る。

【００３７】ガイド部材の上端面および先細段部の面積
をさらに減らすのに、ガイド部材の上端面に面取りを施
すこともできる。ガイド部材の上端面は、均熱板からガ
イド部材への輻射熱による熱移動に最も影響が大きいの
で、面取り部によって上端面の面積が減少して熱移動が
抑制できる。また、面取り部によって減少する上端部の
角の面の面積が、面取り部の面積より大きいので、熱移
動を抑制する効果がある。面取りを施すと熱移動が抑制
されるけれども、面取り部は強度も減少するので、ガイ
ド部材が均熱材と離間している形態に用いることができ
る。ガイド部材が均熱材と接触もしくは接続する場合に
はガイド部材先端の強度に考慮して面取りを施すとよ
い。

【００３８】ガイド部材は、耐食性材料から形成され
る。このような材料には、ステンレス鋼やアルミニウム
等の耐食性金属が利用できる。また、Ｎｉ系合金やアル
ミニウム等の耐食性金属でメッキされた金属が利用て
き、耐食性のセラミックスを含む。高温時であっても腐
食されにくく、またウェハに害を与える有毒なガスを発
生しないので好ましい。

【００３９】ガイド部材は、特に、その熱伝導率が低い
ことが好ましい。ガイド部材の材質は、セラミック基板
の熱伝導率より小さい熱伝導率を有するように選択さ
れ、セラミック基板の熱伝導率の８０％以下であると好
ましく、さらに５０％以下であるとより好ましい。

【００４０】セラミック基板は、その熱伝導率を、通
常、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上にされるが、これに対応し
て、ガイド部材は、その熱伝導率がセラミック基板の熱
伝導率の５０％以下とするのが好ましい。このような低
熱伝導のガイド部材には、金属から熱伝導率のより小さ
い合金から選ぶことができ、鋼からＣｒ系の合金鋼、特
に、ステンレス鋼（特に、オーステナイト系、）、銅合
金から、商用合金では、青銅、コンスタンタン、ニッケ
ル合金から、ニクロム、モネルメタルが利用できる。ま
た、ガイド部材は、酸化物、窒化物や炭化物を主成分と
するセラミクスから作るともできる。

【００４１】特に、ガイド部材の上端を均熱板に接触さ
せる形態では、ガイド部材の熱伝導率が高いと、温度を
上げた際に均熱板からガイド部材に熱が移動して、均熱
板上部主面のウェハ載置面では貫通孔周辺部の温度が下
がり、戴置されたウェハの表面にクールスポットを発生
する恐れがある。

【００４２】ガイド部材を均熱板に直接的に接触させる
ときは、特に、ガイド部材は、セラミック基板より小さ
い熱伝導率とするのが好ましく、熱伝導を減らして、基
板上の良好な均熱性を確保できる。

【００４３】実施の形態１．この形態は、ガイド部材を
均熱板に直接的に接触させるもので、ガイド部材がウェ
ハリフトピンのガイド機能に加えて、均熱板の保持機能
も有することができる。

【００４４】図１に示す装置には、リフトピン２５が、
支持台の底部２１からガイド部材１２と、均熱板４を挿
通して均熱板の載置面に先端が突出し、均熱板４のほぼ
中央部に三角形を成すように配置されて、ウエハの載せ
替えに供されている。リフトピンは、この例では、直径
２〜８ｍｍのステンレス鋼線が使用されている。

【００４５】ガイド部材１２は、下面が支持台１９の底
部２１に固定され、上面がセラミック基板の下側主面７
に接触して配置されている。ガイド部材１２は、下部が
太く、上部が先細段部を成して、上部が細く小径にされ
ている。

【００４６】先細段部の上端面は、肉厚０．１〜３．０
ｍｍの範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとして、先
細段部のセラミック基板からの熱伝導を少なくして、セ
ラミック基板の載置面上で温度分布に不均一な部位が生
じるのを防止している。他方、ガイド部材１２の下部
は、直径３．３〜３０ｍｍの大径部として、上端面がセ
ラミック基板との接触による均熱板の荷重の保持と、支
持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易を図っ
ている。

【００４７】支持台１９は、金属製（例えば、ステンレ
ス鋼ＳＵＳ３０４）で、底部２１と円筒側面２２とから
なり、円筒容器状にされている。支持台は、底部２１の
上面からセラミック基板２の下部主面７までの距離を１
０〜５０ｍｍとし、支持台内部に空所を形成している。
この距離は、均熱板と支持台内面との相互の輻射熱によ
りウェハ載置面の均熱化を容易にし、外部との断熱効果
があるので、載置面が均熱されるまでの時間が短くなる
ので好ましい。

【００４８】支持台１９の底部２１には、リフトピン用
の貫通孔１０を設けて、ガイド部材１２の下面がネジ止
め固定されて、ガイド孔１４がこの貫通孔１０に連通し
ている。支持台１９は、また、この例では、底部２１に
は、ガス噴射口２４とガス排出口２３とを配設して、内
部空所に冷却ガス（通常は、空気）を供給して、熱処理
後にセラミック基板を強制冷却することができるように
されている。底部２１には、さらに、導通端子１１と熱
電対２７と電気絶縁的に貫通するようにされている。

【００４９】均熱板は、この支持台１９の開口部に、上
側からボルト１６を貫通させ、断熱部１７を介在させ、
ナット２０を螺着して弾性的に固定されている。

【００５０】図２には、ガイド部材の詳細を示すが、先
細段部３２の上端面９は、肉厚Ｅが０．１〜３．０ｍｍ
の範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとして、さら
に、先細段部の長さＴは、ガイド部材の高さＬの１／３
以上とされて、先細段部３２のセラミック基板２からの
熱伝導を少なくして、セラミック基板２の載置面上で温
度分布に不均一な部位が生じるのを防止している。他
方、ガイド部材１２の下部は、大径部３０として、上端
面がセラミック基板との接触による均熱板の荷重の保持
と、支持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易
を図っている。大径部３０の直径は、荷重の保持と取り
付けの点から１０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。

【００５１】図３は、ガイド部材１２の上部をテーパ状
にした別の形態について、先細テーパ部３３の先端の上
端面９は、肉厚Ｅが０．１〜３．０ｍｍの範囲にあり、
直径が２．２〜１４ｍｍとしている。さらに、テーパ部
３３の長さＴは、ガイド部材の高さＬの２／３以上とさ
れて、先細段部３２のセラミック基板２からの熱伝導を
少なくして、セラミック基板２の載置面上で温度分布に
不均一な部位が生じるのを防止している。

【００５２】他方、ガイド部材１２の下部は、大径部３
０として、上述の先細段部の例と同様に、上端面がセラ
ミック基板との接触による均熱板の荷重の保持と、支持
台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易を図って
いる。大径部３０の直径もまた、荷重の保持と取り付け
の点から１０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。

【００５３】実施の形態２．この実施形態は、ガイド部
材の先端部を均熱板の下面から離間するものであり、空
隙を設けて、均熱板からガイド部材への熱の移動を抑え
て、ウェハ戴置面の良好な均熱性を確保する。この実施
形態は、均熱板の下部主面と対面するガイド部材の上端
面の面積を小さくするので、熱輻射による熱移動を減少
させることができる。

【００５４】均熱板の下部主面とガイド部材の上端面と
の離間距離、即ち、間隙は、０．０５ｍｍ以上とするの
が好ましい。離間距離を０．０５ｍｍ未満にすると、隙
間の間の熱伝達量が増加するので好ましくない。また、
基板とガイド部材とが、変形や、温度を上昇や降下の際
のの熱膨張の差により、ガイド部材とセラミック基板が
部分的に接触する惧れがある。

【００５５】他方、離間距離を大きくしすぎると、ガイ
ド部材が、基板の貫通孔に案内する機能を害して、リフ
トピンが案内できない惧れがある。さらに、ウエハ加熱
装置が加熱処理後に均熱板の下部主面側に冷却用の空気
を導入してセラミック基板を強制冷却する方式であると
きは、離間隙間が大きいと冷却空気がウエハの載置面に
多量に漏れ込み、ウエハを局部的に冷却することがあ
り、さらに、ウエハの処理面を汚染する可能性があり好
ましくない。この点から、離間距離は、２．０ｍｍ以下
とするのが適当である。

【００５６】この実施形態のウエハ加熱装置は、図１に
示す装置と同様であるが、ガイド部材１２は、その上端
面９がセラミック基板２の下部主面７から離間させてい
る。

【００５７】図４は、ガイド部材１２を直管で形成した
例で、ガイド部材１２は、下面が支持台の底部２１に固
定され、上端面９が、セラミック基板２の下部主面７と
隙間Ｄを設け離間させて、セラミック基板２下面からの
熱伝導を防止している。間隙Ｄは、０．０５〜２．０ｍ
ｍの範囲から選ばれている。この例では、ガイド部材１
２の上端面９を含む断面肉厚が、０．１〜３．０ｍｍの
環状とされて、輻射による熱伝達を少なくしている。ガ
イド部材１２の直径は、リフトピンの直径を考慮して、
ガイド孔１４は直径２〜８ｍｍ程度とし、２〜２０ｍｍ
の範囲から選ばれる。

【００５８】図５は、先細段部３２を上部に設けたガイ
ド部材１２の例で、先細段部３２の上端面９は、セラミ
ック基板の下部主面７とは間隙Ｄを設けて離間して、支
持台の底部２１に固定されている。図２に示した例と同
様に、肉厚Ｅが０．１〜３．０ｍｍの範囲にあり、直径
が２．２〜１４ｍｍとして、さらに、先細段部の長さＴ
は、ガイド部材の高さＬの１／３以上とされている。こ
の例のガイド部材は、先細段部３２のセラミック基板２
から離間しているので熱伝導を少なくして、セラミック
基板２の載置面上で温度分布に不均一な部位が生じるの
を防止している。他方、ガイド部材１２の下部は、大径
部３０として、支持台１９の底部２１への固定の際の取
り付け容易を図っている。大径部３０の直径は、専ら取
り付けの容易の点から１０〜３０ｍｍの範囲から選ばれ
る。

【００５９】図６には、先細段部３２を上部に設けたガ
イド部材１２の変形例で、同様に、先細段部３２の上端
面９は、セラミック基板の下部主面７とは間隙Ｄを設け
て離間させるが、先細段部３２の上端面９には、面取り
されて面取り部３５が形成されて、先細段部３２の上端
部の表面積をさらに小さくして、セラミック基板からの
ガイド部材への熱伝達をいっそ少なくしている。この例
では、上端面の肉厚は、肉厚Ｅが０．５〜２．０ｍｍの
狭幅にされている。

【００６０】実施形態３．この実施形態は、ガイド部材
の上端とセラミック基板の下側主面の貫通孔との間を環
状の軟質弾性の接続部材より接続させることを含む。軟
質弾性の接続部材は、耐熱性があり弾力性に富んだポリ
マーを用いることができる。弾性部材は、１０ＧＰａ以
下のヤング率を有するポリマーから選ぶことができる。
このような材料には、たとえば、ポリカーボネート、ポ
リアセタール、フッ素樹脂が挙げられる。接続部材が、
弾力性が高いとき、温度上昇時にガイド部材や均熱板が
熱膨張しても、ガイド部材上端面と均熱板下部主面との
間に間隙を発生することがない。

【００６１】ウエハ加熱装置が均熱板の下部主面側に冷
却用の空気を導入する方式であるときは、接続部材の利
用は、熱処理後のウェハを強制冷却によって均熱板下部
主面側に冷却空気を導入した際に冷却空気がウエハの載
置面に流れ込むという惧れを少なくして、ウエハ処理部
の汚染を防止できるので好ましい。

【００６２】図７は、この実施形態のウエハ加熱装置の
ガイド部材を示すが、下部の大径部３０に対して上部に
先細段部３２を備え、この先細段部３２の先端に弾性的
な接続部材３６を設けたガイド部材１２の例で、先細段
部３２の上端面９には、中空部を備えた筒状の接続部材
３６が取着されて、接続部材３６がセラミック基板の下
部主面７と接続ないし接着されている。この例は、接続
部材にゴムないしはエラストマーが利用されている。筒
状の接続部材３６は、ガイド部材のガイド孔と連通して
リフトピン２５が挿通できる中空部を備え、その肉厚
は、先細段部の肉厚Ｅと同様に、０．１〜３．０ｍｍの
範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとしている。さら
に、先細段部３２の長さＴは、ガイド部材の高さＬの１
／３以上とされている。下部の大径部３０が、支持台の
底部２１に固定されている。

【００６３】この例のガイド部材は、先細段部３２が、
接続部材３６を介してセラミック基板２と接続してお
り、先細段部３２を小径として、セラミック基板２から
の熱伝導を少なくして、セラミック基板２の載置面上で
温度分布に不均一な部位が生じるのを防止している。さ
らに、接続部材３６がセラミック基板２の貫通孔２６を
シールするので、支持台１９の内部空所に冷却ガスを供
給したときの貫通孔２６からの漏れを防止することがで
きる。他方、ガイド部材１２の下部は、大径部３０とし
て、支持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易
を図っている。大径部３０の直径は、専ら取り付けの容
易の点から１０〜３０ｍｍの範囲から選ばれる。

【００６４】

【実施例】以下の試験においては、均熱板には、窒化ア
ルミニウムの焼結体から成形した板厚３ｍｍ、外径３３
０ｍｍの円盤状にしたセラミック基板を使用して、中心
から６０ｍｍの同心円上の３箇所に、内径４ｍｍのリフ
トピン用の貫通孔を形成した。セラミック基板には、抵
抗材料として金とパラジウムの混合粉末を含むペースト
から、抵抗体ストリップに印刷焼付けられた。抵抗発熱
体のパターンは、多数に分割して配置され、均熱板４を
同心円で半径方向に４分割し、中心の分割領域に１つ、
その外側の分割領域に２つ、さらに外側の分割領域に４
つ、最も外側の分割領域に８つ、と配列した。セラミッ
ク基板の下側主面には、抵抗発熱体５に給電部６を導電
性接着剤にて固着させた。他方の戴置面３には、載置面
上に載置面と離間してウェハを定置するウェハ支持ピン
８を複数個設けられている。

【００６５】支持台１９はアルミニウムの容器形状で、
外径３３０ｍｍで、深さ２０ｍｍを有し、開口部に上記
の均熱板が固定されている。底部２１の厚みを２．０ｍ
ｍとして、底部に試験用のガイド部材を固定し、３本の
ウエハリフトピン２５が底部貫通孔とガイド部材１２お
よびセラミック基板２を挿通して配置されている。

【００６６】試験に供したガイド部材は、直管と先細段
部との二種類とし、ガイド部材の材質に、ステンレス鋼
（ＳＵＳ４０３鋼と３０４鋼）、アルミニウム、銅合金
としてＣｕ−Ｔｉ合金、および窒化アルミニウムＡｌＮ
とを用いて、特に、熱伝導率の効果を調べた。ガイド部
材の形状は、上端面での肉厚と、先細段部のタイプは高
さに対する先細段部の長さ比を変更して、試験した。離
間距離も０ｍｍないし０．５ｍｍの範囲で変更し、面取
りを施した先細段部のタイプも試験した。

【００６７】試験は、測温抵抗体が２９箇所に埋設され
た測温用の厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコン
ウェハを用いて行った。まず、貫通孔２６直上を避けて
測温ウェハを載置し、全体の温度ばらつきが０．３℃以
下になるようにウェハ加熱装置を調整した。次に測温ウ
ェハを回転させて、貫通孔２６の直上で測温を行い、周
囲との温度差を計測し温度バラツキとした。測定結果を
表１に示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】試験Ｎｏ．１のガイド部材１２は、その熱
伝導率Ａがセラミック基板２の熱伝導率Ｂの４２％と小
さく、かつガイド部材１２の上端部９の肉厚が３ｍｍで
あるので、ウェハ表面の温度ばらつきが０．４℃と小さ
くできる。Ｎｏ．１に記載の条件で形成したウェハ支持
部材を用いると、温度の均一性のよいウェハ熱処理装置
が得られることが判明した。

【００７０】試験Ｎｏ．２〜１０は、図２に示すよう
に、ガイド部材の上部に先細段部３２を設けている。下
部３０の直径２５ｍｍに対して先細段部３２の直径４．
１〜１２ｍｍとして、先細段部３２の長さＴがガイド部
材の高さＬの１／３とした。ガイド部材１２は、熱伝導
率の異なる複数種類の材質で形成し、またガイド部材１
２の上端部９の肉厚を変えて形成した。

【００７１】試験Ｎｏ．２〜３は、ガイド部材１２の熱
伝導率Ａとセラミック基板２の熱伝導率Ｂとの関係を示
すＡ／Ｂの値が１００％より大きいので、ウェハ表面の
温度バラツキが１．１℃と０．５℃と大きくなる。Ａ／
Ｂの値が１００％より小さいＮｏ.６〜１０では、ウェ
ハ温度の温度バラツキが０．４℃以下と優れた特性を示
した。

【００７２】また、Ｎｏ．４は、ガイド部材１２の上端
面９の肉厚が４ｍｍと大きいことから、ウェハ表面の温
度バラツキが０．５℃と大きくなる。また、Ｎｏ．５
は、ガイド部材の上端面９の肉厚が０．０５ｍｍと小さ
いことから、ガイド部材が変形しウェハリフトピンと接
触しパーティクルが発生する。Ｎｏ.６、〜１０はガイ
ド部材の上端面９の肉厚が０．１ｍｍ〜３ｍｍで温度バ
ラツキが０．４℃以下と優れた特性を示した。

【００７３】これらの結果から、ガイド部材１２の熱伝
導率がセラミック基板２の熱伝導率以下、またガイド部
材１２の上端面９の肉厚が０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、と
いう条件で形成したガイド部材を用いると、温度の均一
性のよいウェハ熱処理装置が得られることが分かる。

【００７４】試験Ｎｏ．１１〜１５は熱伝導率が１８０
Ｗ／（ｍ・Ｋ）のセラミック基板２からなる均熱板４
と、熱伝導率が１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）のＳＵＳ４０３から
なるガイド部材１２とを用いた。ガイド部材１２は、図
２に図示したように、下部３０の直径２０ｍｍに対して
先細段部３２の直径４．６ｍｍとして、先細段部３２の
長さＴの異なる複数のガイド部材を用いた。先細段部３
２の長さＴは、ガイド部材１２の高さＬに対する割合で
記載した。

【００７５】ガイド部材が、先細段部３２の長さがガイ
ド部材１２の高さの１／５である試験Ｎｏ．１１では、
ウェハ表面温度のバラツキが０．4℃と良好である。先
細段部３２の長さがガイド部材１２の高さの１／３以上
のガイド部材１２を用いたＮｏ．１２〜１５ではウェハ
表面の温度バラツキが０．２〜０．３℃とさらに改善さ
れている。

【００７６】先細段部３２を備え、その長さがガイド部
材の高さの１／３以上であるガイド部材１２を用いたウ
ェハ支持部材では、さらに温度の均一性のよいウェハ熱
処理装置が得られることが判明した。

【００７７】試験Ｎｏ．１６〜２３は、ステンレス鋼Ｓ
ＵＳ４０３からなるガイド部材１２を用い、均熱板４の
下部主面７とガイド部材の上端面９とを離間してウェハ
支持部材を形成した。先細段部３２を有し、先細段部３
２の長さＴの異なる複数のガイド部材を用いた。また、
図６のように先細段部３２に面取り３５を施したガイド
部材も用いた。測定結果を表１のＮｏ．１６〜２３に示
す。面取りの数値は、面取りによって減少した上端面９
の肉厚である。

【００７８】均熱板４の下部主面７とガイド部材１２の
上端面９とを離間したＮｏ．２２、２３ではウェハ表面
の温度ばらつきが０．１℃で、離間しなかったＮｏ．１
４、１５よりも良好な結果となる。

【００７９】先細段部３２の長さがガイド部材１２の高
さの１／５および１／４であるガイド部材を用いたＮ
ｏ．１６、１７では、ウェハ表面温度のバラツキが０．
4℃と良好であるが、先細段部３２の長さがガイド部材
１２の高さの１／３以上のガイド部材１２を用いたＮ
ｏ．１８〜２３では、ウェハ表面の温度バラツキが０．
１〜０．３℃とさらに改善される。

【００８０】面取りのないガイド部材１２を用いたＮ
ｏ.１８に対して、面取り３５を施したガイド部材を用
いたＮｏ.１９、２０、２１では、ウェハ表面の温度分
布の不均一がより改善され、かつ面取りで除去される上
端面９が多くなるほど改善の度合いが大きい。

【００８１】均熱板４の下部主面７とガイド部材の上端
面９との離間により均熱板４とガイド部材１２とが空気
層で断熱され、均熱板４からガイド部材１２への不要な
熱移動が抑制されることが判る。また、先細段部３２に
面取り３５を施したガイド部材では、さらに、冷却が抑
制されるので、温度分布の良好なウェハ加熱装置に適し
ている。

【００８２】また、ガイド部材１２をステンレス鋼で作
ることにより、更に２５０℃まで昇温を行った後も、腐
食等の変化や劣化は認められず良好な状態を保ってい
た。

【００８３】

【発明の効果】本発明のウェハ加熱装置は、セラミック
基板の上部主面をウェハの戴置面としてセラミック基板
の内部もしくは下部主面に発熱体を設けてなる均熱板
と、均熱板に設けたウェハリフトピンを挿通する貫通孔
と、前記ウェハリフトピンを挿通してガイドするガイド
孔を備えたガイド部材と、を含み、貫通孔とガイド孔と
を連通するようにガイド部材の上端面と均熱板の下部主
面とを接触して成り、ガイド部材の熱伝導率がセラミッ
ク基板の熱伝導率より小さくなっているので、均熱板か
らガイド部材への熱の逃げが抑えられ、従来のウェハ支
持部材を用いたウェハ加熱処理に比べて、ウェハ表面温
度を均一にすることができる。

【００８４】ガイド部材の熱伝導率をセラミック基板の
熱伝導率の５０％以下にすることにより、熱処理時のウ
ェハ表面温度をより均一にすることができる。

【００８５】均熱板と接触するガイド部材の上端面の形
状を肉厚０．１〜３．０ｍｍの環状にすることで、均熱
板からガイド部材への熱の逃げを抑制でき、ウェハ表面
温度をより均一にすることができる。

【００８６】また、ガイド部材の上端部に、ガイド部材
の下端面より細い先細段部を備えており、先細段部の長
さがガイド部材の高さの１／３以上にするか、もしくは
ガイド部材の上端部に、ガイド部材の下端面より細い先
細テーパー部を備えており、先細テーパー部の長さがガ
イド部材の高さの２／３以上にすれば、熱輻射による均
熱板からガイド部材への熱の逃げが抑制されて、ウェハ
表面温度をさらに均一にすることができる。

【００８７】本発明のウェハ加熱装置は、セラミック基
板の上部主面をウェハの戴置面とし、セラミック基板の
内部もしくは下部主面に発熱体を設けてなる均熱板と、
均熱板に設けたウェハリフトピンを挿通する貫通孔と、
前記ウェハリフトピンを挿通してガイドするガイド孔を
備えたガイド部材と、を含み、貫通孔とガイド孔とが同
軸となるようにガイド部材の上端面と均熱板の下部主面
とを離間して対向させて成り、ガイド部材の上端面の形
状が肉厚０．１〜３．０ｍｍの環状であるので、接触面
を介して伝導する均熱板からガイド部材への熱が防止さ
れ、さらに熱輻射による均熱板からガイド部材上端部へ
の熱の移動が抑制されて、ウェハ表面温度を均一にする
ことができる。

【００８８】さらに、ガイド部材の上端面と均熱板の下
部主面との離間距離が０．０５〜２ｍｍにすれば、熱処
理時にガイド部材が熱膨張してもガイド部材上端面と均
熱板下部主面とが接触しない。

【００８９】また、ガイド部材の上端面が面取りされて
いれば、熱輻射による均熱板からガイド部材上端部への
熱の移動が抑制されて、ウェハ表面温度をより均一にす
ることができる。

【００９０】ガイド部材が高Ｃｒ合金鋼、Ｃｕ合金等の
耐食性金属、メッキ処理などの耐食処理を行った金属、
もしくはセラミッククスのいずれかからなることによ
り、高温時であっても腐食されにくく、またウェハに害
を与える有毒なガスを発生しない。

【００９１】さらに、本発明は、上記のウェハ支持部材
と、底部にウェハリフトピンを挿通する貫通孔を有し上
部が開口している有底筒状体と、ウェハリフトピンと、
を備えており、有底筒状体の開口を塞ぐように均熱材で
封止して成り、有底筒状体の底部上面と均熱材の下部主
面とが１０〜５０ｍｍ離れているウェハ熱処理装置であ
ると、均熱板と有底筒状体との相互の輻射熱によりウェ
ハ載置面の均熱化が容易にできると同時に、外部との断
熱効果があるので、載置面が均熱となるまでの時間が短
くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のウェ
ハ加熱装置の一例を示す断面図である。

【図２】 本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイ
ド部材の周辺を示す断面図である。

【図３】 本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイ
ド部材の周辺を示す断面図である。

【図４】 本発明の実施例にウェハ加熱装置の係るガイ
ド部材の周辺を示す断面図である。

【図５】 本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイ
ド部材の周辺を示す断面図である。

【図６】 本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイ
ド部材の周辺を示す断面図である。

【図７】本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイド
部材の周辺を示す断面図である。

【図８】 本発明のウェハ加熱装置の別の実施形態を示
す断面図である。

【図９】 従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。

【符号の説明】

２：セラミック基板 ３：ウェハ載置面 ４：均熱板 ５：抵抗発熱体 ９：ガイド部材の上端面 １２：ガイド部材 １４：ガイド孔 １９：支持台 ２５：ウェハリフトピン ２６：貫通孔 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 3/20 ３２８ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６７ Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA10 AA28 AA37 BB06 BB14 FA02 FA04 FA14 JA10 5F031 CA02 HA01 HA02 HA33 HA37 HA38 MA30 PA11 PA16 5F045 DP02 EK07 EK24 EM02 EM10 5F046 KA04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部主面をウェハの戴置面とするセラミ
   ック基板と該セラミック基板の内部もしくは下部主面に
   配置した発熱体とから成る均熱板と、均熱板を貫通する
   貫通孔を挿通してウエハを昇降させるリフトピンと、前
   記ウェハリフトピンを挿通して案内するガイド孔を備え
   たガイド部材と、を含むウエハ加熱装置であって、 ガイド部材が、貫通孔とガイド孔とを連通するようにガ
   イド部材の上端面を均熱板の下部主面に近接させて、配
   置され、 ガイド部材の上端面の形状が肉厚０．１〜３．０ｍｍの
   環状としたウエハ加熱装置。
2. 【請求項２】 ガイド部材の上端面が、均熱板の下部主
   面と接触した請求項１記載のウエハ加熱装置。
3. 【請求項３】 ガイド部材が、貫通孔とガイド孔とを連
   通するようにガイド部材の上端面と均熱板の下部主面と
   が環状の軟質弾性の接続部材より接続された請求項１に
   記載のウエハ加熱装置。
4. 【請求項４】 ガイド部材が、貫通孔とガイド孔とが同
   軸となるようにガイド部材の上端面と均熱板の下部主面
   とを離間して対向して成る請求項１に記載のウエハ加熱
   装置。
5. 【請求項５】 ガイド部材の上端面と均熱板の下部主面
   との離間距離が０．０５〜２ｍｍであることを特徴とす
   る請求項４に記載のウェハ加熱装置。
6. 【請求項６】 上記のガイド部材が、セラミック基板の
   熱伝導率より小さい熱伝導率を有することを特徴とする
   請求項１ないし４いずれかに記載のウエハ加熱装置。
7. 【請求項７】 ガイド部材の熱伝導率がセラミック基板
   の熱伝導率の５０％以下であることを特徴とする請求項
   ６に記載のウェハ加熱装置。
8. 【請求項８】 ガイド部材の上端部に、ガイド部材の下
   端面より細い先細段部を備え、先細段部の長さをガイド
   部材の全長の１／３以上としたことを特徴とする請求項
   １ないし７のいずれか１項に記載のウェハ加熱装置。
9. 【請求項９】 ガイド部材の上端部に、ガイド部材の下
   端面より細い先細テーパー部を備え、先細テーパー部の
   長さをガイド部材の全長の２／３以上としたことを特徴
   とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のウェハ
   加熱装置。
10. 【請求項１０】 ガイド部材の上端面が面取りされてい
    ることを特徴とする請求項４または５に記載のウェハ加
    熱装置。
11. 【請求項１１】 ガイド部材が、ステンレス鋼から成る
    ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に
    記載のウェハ加熱装置。
12. 【請求項１２】 上記のウエハ加熱装置が、さらに、ウ
    ェハリフトピンを挿通する底部貫通孔を有して上記のガ
    イド部材の下端側を定置する底部と、上部が開口して周
    縁部に上記の均熱板の周縁部を固定する円筒側面と、を
    有する筒状の支持台を含む請求項１ないし１１に記載の
    ウェハ加熱装置。