JP2004031099A

JP2004031099A - ウエハ加熱装置

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Publication number: JP2004031099A
Application number: JP2002185066A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Oda; 織田　武廣
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】ウエハ加熱装置は、使用中の熱電対や温度調節器が故障した場合に、均熱板の温度が暴走する恐れがあった。
【解決手段】セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハ載置面とし、他方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を有するウエハ加熱装置において、該複数の抵抗発熱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であり、上記均熱板の過昇温を防止するための安全回路と、該安全回路に信号を送る熱電対とを備え、該熱電対を熱伝導率２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のチップを介して前記均熱板の表面に固定し、前記チップが前記抵抗発熱体の２〜４個の外縁部から１〜３０ｍｍの距離とする。
【選択図】　　図１

Description

【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ため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基板あるいは回路基板等のウエハ上に半導体薄膜を生成したり、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、半導体薄膜の成膜処理、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回当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、ウエハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度精度の向上が要求されていた。
【０００４】
ウエハへのレジスト膜の形成にあたっては、図５に示すような、炭化珪素、窒化アルミニウム等のセラミックスからなる均熱板５２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面５３とし、他方の主面には絶縁層５４を介して抵抗発熱体５５が設置され、さらに前記抵抗発熱体５５の端部に形成された給電部５６に導通端子５７が弾性体５８により押圧固定された構造のウエハ加熱装置５１が提案されている。そして、前記均熱板５２は支持体６１にボルト６７により固定され、さらに均熱板５２の内部に熱電対６０が挿入され、これにより均熱板５２の温度を所定の温度に保つように、導通端子５７から抵抗発熱体５５に供給される電力を調節するシステムとなっていた。また、導通端子５７は、板状構造部６３に絶縁層５９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウエハ加熱装置５１の載置面５３に、レジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、抵抗発熱体５５を発熱させることにより、均熱板５２を介して載置面５３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼付けしてウエハ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５１において、ウエハＷの表面全体に均質な膜を形成するためには、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５１において、抵抗発熱体５５の抵抗分布を調整したり、抵抗発熱体５５の温度を分割制御したり、熱引きを発生させ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。
【０００７】
また、均熱板５２の温度制御用熱電対６０の取付構造については、特開平９−４５７５２号公報に、均熱板５２の温度を正確に制御するために、熱電対自体の熱引きによる影響を抑え、できるだけウエハＷに近いところで測温することが好ましいことが示されている。さらに、図６を用いて構造を説明すると、金属製の均熱板５２に熱電対６０がウエハの載置面８３の近傍に挿入されている。熱電対６０は、保護管８５の中にＰｔからなる測温抵抗体８６が前記載置面８３側に載置面８３と平行となるように設置されリード線８７が結線されている。さらに保護管８５内の空所には伝熱セメント８８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均熱板５２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なっていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなウエハ加熱装置は、使用中の熱電対や温度調節器が故障した場合に、均熱板の温度が暴走する恐れがあった。
【０００９】
そこで、従来過昇温防止の目的で使用されているサーモスイッチ、温度ヒューズ等を均熱板の表面に設置した場合、これらの部品の熱容量が大きいためサーモスイッチ、温度ヒューズ等が作動するまでに均熱板の温度が過昇温したり、もしくは、これらの部品の熱容量のために、設置部の温度が低下し均熱性を阻害してしまうという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハ載置面とし、他方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を有するウエハ加熱装置において、該複数の抵抗発熱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であり、上記均熱板の過昇温を防止するための安全回路と、該安全回路に信号を送る熱電対とを備え、該熱電対を熱伝導率２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のチップを介して前記均熱板の表面に固定し、前記チップが前記抵抗発熱体の外縁部から１〜３０ｍｍの距離とする。
【００１１】
また、前記チップの熱容量を０．３Ｊ／Ｋ以下とする。
【００１２】
更に、前記チップは、アルミナ、窒化硼素、窒化珪素または、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分とする。
【００１３】
特に、前記チップの底部の厚みが、０．５〜２ｍｍであると好ましい。
【００１４】
また、前記チップを、弾性体によって押圧し固定する。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は本発明に係るウエハ加熱装置の一例を示す断面図で、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素または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とするとともに、他方の主面にガラス又は樹脂等からなる絶縁層４を介して複数の抵抗発熱体５を形成したものである。
【００１７】
抵抗発熱体５のパターン形状としては、円弧状の電極部と直線状の電極部とか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。抵抗発熱体５を複数のパターンに分割した抵抗発熱体ブロックとすることは均熱性を改善するために重要である。
【００１８】
各抵抗発熱体５の端部には給電部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。そして、各抵抗発熱体ブロック毎に設置される熱電対１０の出力により各抵抗発熱体ブロックの温度が制御されるようになっている。
【００１９】
本発明のウェハ加熱装置１は、この均熱板２の過昇温を防止するための安全回路（不図示）を備え、この安全回路に信号を送るための熱電対１２を備えている。詳細を図２に示すように、均熱板２のウエハ載置面３とは別の他方の主面に、絶縁層４を介して複数の抵抗発熱体５が形成されており、この複数の抵抗発熱体５の境界部分に、熱電対１２を挿入もしくは埋め込んだチップ３０が設置さている。該チップ３０は熱電対１２に固定されたスリーブ３１と板状構造体１３に固定された押さえ治具３２を介して弾性体３３で押圧し保持されている。ここで、スリーブ３１はシース型熱電対１２にかしめ、または、溶接、高温耐久性の接着剤により固定されている。スリーブ３１は耐熱性が必要であり、ステンレスのような金属を使用することが望ましい。
【００２０】
上記のように熱電対１２を押入したチップ３０の平面部３０ａを均熱板２に当接させることにより、抵抗発熱体５から発生した熱が均熱板２、チップ３０を介して熱電対１２に伝達されるようになるので、より抵抗発熱体５の素早い温度検知が可能となり、その温度が装置の安全が保たれる温度以上になった場合、危険信号として検知し、装置の安全性を確保できるようになる。
【００２１】
特に、均熱板２の他方の主面に抵抗発熱体５を備えたウェハ加熱装置１では、チップ３０は均熱板２の平面に押圧し接触させることが好ましい。均熱板２に凹部を設けチップ３０を取り付けることもできるが、抵抗発熱体５の温度変化を短時間で検知でするには、均熱板２の抵抗発熱体５の近くの平面にチップ３０の平面部３０ａを押し当てることが好ましい。
【００２２】
なお、本発明においては、図２に示すように、熱電対１２の先端をチップ３０に挿入し、このチップ３０を介して均熱板２に当接させることが重要である。チップ３０を介さずに単に熱電対１２を均熱板２に押し当てるだけでは振動等により熱電対１２の先端が抵抗発熱体５に触れてしまい絶縁がとれなくなる為、温度検知ができなくなる。また、抵抗発熱体５上にガラスのような絶縁層をさらに設けても良く、その場合でも、単に熱電対１２を均熱板２に押し当てるだけでは、測定温度がばらつくためチップ３０に熱電対１２を挿入し押圧した方が良い。
【００２３】
また、シース型の熱電対１２と抵抗発熱体５の絶縁をとる必要があり、セラミック製チップ３０は電気絶縁性のセラミックスであることが望ましい。抵抗発熱体５と熱電対１２の絶縁がとれないと、抵抗発熱体５を流れる電流が熱電対１２に漏電してしまい、安全回路が故障する虞がある。
【００２４】
さらに、前記チップ３０の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。これは、チップ３０の熱伝導率が小さすぎると、抵抗発熱体５からの熱を素早く熱電対１２に伝えることができず、異常温度を検知するのが遅れてしまうためである。
【００２５】
また、図２，図３に示すように、熱電対１２はセラミックス製のチップ３０に挿入され、該チップ３０が抵抗発熱体５の２〜４個の境界部分に配置されており、その位置が複数の抵抗発熱体の２〜４個の外縁部から１〜３０ｍｍの距離Ｌを有して配置されていることが重要である。熱電対１２は複数の抵抗発熱体５の温度を監視することができることから熱電対１２の個数を抵抗発熱体５の個数より削減できる。
【００２６】
尚、発熱体の外縁部とは１つの回路を構成する抵抗発熱体５の外周を囲む領域における最外周部を示し、各抵抗発熱体の前記領域は重なること無く、ウェハＷの載置面３の他方の主面に分布している。また、距離Ｌとは図２のように、熱電対１２が挿入されるチップ３０と抵抗発熱体５の外縁部との最近接距離を意味する。従って、抵抗発熱体の外縁部からの距離Ｌを有するとは、図３の例に示すように、２〜４個の隣接する抵抗発熱体５の外縁部と外縁部の間に位置しており、各隣接する抵抗発熱体５の外縁部からの距離Ｌを指す。
【００２７】
前述したように抵抗発熱体５を複数のパターンに分割することは均熱性を改善するために重要であるが、各抵抗発熱体５は各抵抗発熱体ブロック毎に設置される測温用熱電対１０の出力により各抵抗発熱体ブロックの温度が独自に制御されるようになっているために、異常昇温が発生する場合、抵抗発熱体ブロック毎に異常昇温が生じる。従って、全ての各抵抗発熱体５近傍に異常温度を素早く検知するための熱電対１２を備えることが重要であり、また熱電対１２の数量を必要最小限に抑えるためにも、その位置は複数の抵抗発熱体５の間に配置すれば良い。さらにその位置が各抵抗発熱体の外縁部から１〜３０ｍｍの距離Ｌを有すればよいが、抵抗発熱体５の外縁部からの距離Ｌを１ｍｍ未満にした場合、抵抗発熱体５からの熱が直接チップ３０に伝熱するため、セラミック製チップ３０近傍の均熱板２の昇温を遅らせることとなり、均熱板２の均熱性を損なうこととなる。また、抵抗発熱体５の外縁部からの距離Ｌが３０ｍｍを越える場合、異常温度を素早く検知することが不可能となり、装置の安全性を確保できない。
【００２８】
このチップ３０は、コップ状に形成されており、その内径はシース型熱電対１２が挿入される大きさで、且つ外径及び底部厚みは、薄く加工され熱容量が０．３Ｊ／Ｋ以下になるように調整されている。これは、熱電対１２により抵抗発熱体５からの熱を素早く検知するためである。熱容量が大きいと、抵抗発熱体５からの熱が前記チップ３０に逃げるため、その部分のみ均熱板２の温度が低下してしまい、均熱性が保たれない。
【００２９】
特に、チップ３０に形成された穴の底からチップの底３０ａまでの距離即ち底部の厚みは、小さい程温度変化に対する応答性が向上し、０．５〜２ｍｍ以下であることが好ましい。これは、０．５ｍｍ未満では、セラミックス内のボイドや湿度により、抵抗発熱体５と熱電対１２との間の絶縁が保たれない場合が生じ、２ｍｍを超えるとチップ３０の底部から熱電対までの熱伝導が遅くなるからである。
【００３０】
チップ３０の製造方法としては、各種原料粉末を円筒型の金型に充填し、成形圧９８ＭＰａで成形した後、各種材料の焼成温度で焼成した後、厚み調整のため平面研削盤で研削し、その後、熱電対１２を挿入する穴を、ＮＣ旋盤を用いて加工することにより作製する。
【００３１】
チップ３０を構成するセラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等を主成分とするものを使用することができる。
【００３２】
例えば上記のアルミナとしては、アルミナ原料に焼結助材として０．２〜３重量％のＭｇＯ、０〜３重量％のＣａＯ、０〜５重量％のＳｉＯ_２とその他の不可避不純物が、これらの総量で０．２〜１０重量％含有するものを使用し、１５００〜１７００℃で焼成することにより焼結体を得ることができる。純度を向上させればさせるほど、熱伝導率が向上するので好ましい。
【００３３】
上記の窒化硼素としては、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。また、別の手法として、窒化硼素原料に対し６〜３０重量％の硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法もある。
【００３４】
上記の窒化アルミニウムとしては、窒化アルミニウム原料に焼結助材として２〜６重量％の希土類元素酸化物、０〜０．５重量％のＣａＯを添加し、１８００〜２１００℃の窒素雰囲気中で焼成することにより焼結体を得ることができる。
【００３５】
また、上記の窒化珪素としては、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Ａｌ_２Ｏ_３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ_２量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ_２と、意図的に添加したＳｉＯ_２の総和である。
【００３６】
また、熱電対１２としては、測温部の径が０．８ｍｍ以上のシース型の熱電対１２を使用することが好ましい。素線からなる熱電対１２を使用する場合、その強度がないため、熱電対１２をチップ３０に固定するための支持棒などの部品が必要となる。
【００３７】
次に、本発明のウエハ加熱装置における均熱板２の温度制御用の熱電対１０の取付構造の一例について説明する。制御用の熱電対１０については、図４に示すように、均熱板２の他方の主面に絶縁層４を介して抵抗発熱体５が形成されており、これにより均熱板２が加熱される。この抵抗発熱体５の制御のため、均熱板２には、その厚みの約２／３の深さの凹部４７が形成され、熱電対１０を埋め込んだ金属製チップ１５の平面部１５ａが凹部４７の底に接するように、押さえ治具４８を介して弾性体４９で押圧保持されている。
【００３８】
上記のように熱電対１０を埋め込んだ金属製チップ１５の平面部１５ａを均熱板２に当接させることにより、抵抗発熱体５から発生した熱が均熱板２を介して、載置面３の近傍まで設置された凹部４７の底面から金属製チップ１５を介して熱電対１０に伝達されるようになるので、よりウエハの実温に近い温度が検知でき、そのバラツキを小さくできる。
【００３９】
この金属製チップ１５は、該凹部４７の内径より若干小さな外径で、且つ凹部４７の深さより小さな厚みであることが好ましい。これは、熱電対１０により測定される温度が、均熱板２の載置面３側からの熱伝導による温度となるようにするためである。前記金属製チップ１５の後端が凹部４７から飛び出していると、その飛び出している部分から抵抗発熱体５の熱が伝わり、載置面３の温度が上がる前に熱電対１０の指示温度が高くなってしまうので、ウエハＷの温度上昇に要する時間が見掛け上遅くなってしまう。また、前記凹部４７の側面からの熱伝導を極力抑えるため、前記金属製チップ１５を前記凹部４７の側面に接触しないように設置することが好ましい。
【００４０】
また、熱電対１０としては、測温部の径が０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対１０を使用することが好ましい。測温部の径を細くすることにより、測温部からの熱引きによる影響を小さくすることができる。そして、熱電対１０をシース型にすることにより、外部ノイズの影響を小さくし、雰囲気による腐食を防止するとともに、熱電対１０の個体間のバラツキを小さくすることが可能となる。
【００４１】
さらに、前記金属製チップ１５の熱伝導率は１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。これは、金属製チップ１５の熱伝導率が大きすぎると、均熱板２の凹部４７の底の温度が上昇する前に、金属製チップ１５が抵抗発熱体５からの熱を直接受けて温度上昇し、見掛け上抵抗発熱体５に電力が印加される時間が短くなってしまうので、ウエハＷの昇温時間が長くなってしまうためである。
【００４２】
さらに、図１において本発明のウエハ加熱装置の構造を説明する。均熱板２と支持体１１の外周にボルト１７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の温度が変動した場合に支持体１１の変形が発生しても、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防止できる。
【００４３】
また、支持体１１は板状構造体１３と側壁部からなり、該板状構造体１３には抵抗発熱体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１０の保持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も良い。
【００４４】
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、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に通電して抵抗発熱体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。
【００４５】
なお、以上詳述した本発明のウエハ加熱装置において、抵抗発熱体５は均熱板２の表面に絶縁層４を介して形成してあるため、使用条件等に合わせて載置面３の温度分布が均一となるように、抵抗発熱体５にトリミングを施して抵抗値を調整することもできる。
【００４６】
また、均熱板２は炭化珪素質焼結体、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、抵抗発熱体５のジュール熱を素早く伝達し、載置面３の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。
【００４７】
また、このような特性を満足するには、均熱板２の板厚を１〜７ｍｍとすることが良い。これは、板厚が１ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために温度ばらつきを平準化するという均熱板２としての効果が小さく、抵抗発熱体５におけるジュール熱のばらつきがそのまま載置面３の温度ばらつきとして表れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚が７ｍｍ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。
【００４８】
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（Ａｌ_２Ｏ_３）とイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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Ａｌ_２Ｏ_３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ_２量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ_２と、意図的に添加したＳｉＯ_２の総和である。
【００５２】
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Ｙ_２Ｏ_３やＹｂ_２Ｏ_３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１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。
【００５３】
これらの均熱板２をなす焼結体は、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。
【００５４】
さらに、均熱板２の載置面３と反対側の主面は、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。
【００５５】
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と抵抗発熱体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。
【００５６】
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に対する抵抗発熱体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、抵抗発熱体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。
【００５７】
なお、ガラスから成る絶縁層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をスクリーン印刷法、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、８００〜１０００℃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は、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ておくことで、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。
【００５８】
さらに、絶縁層４上に被着する抵抗発熱体５としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金族金属等の金属、あるいは酸化レニウム（Ｒｅ_２Ｏ_３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ_３）等の導電性酸化物のうち１種以上を導電材として含む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付けて前記導電材を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。
【００５９】
ただし、抵抗発熱体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、抵抗発熱体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。
【００６０】
上記絶縁層４を形成するガラスとしては、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易いからである。
【００６１】
【実施例】
図１、図３を用いて実施例を説明する。
【００６２】
熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径２３０ｍｍの円盤状をした均熱板２を複数製作し、各均熱板２の一方の主面に絶縁層を被着するため、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、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、５５０℃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２００μｍの絶縁層４を形成した。次いで絶縁層４上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｔ粉末を添加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、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃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５０μｍの抵抗発熱体５を形成した。抵抗発熱体５は中心部と外周部を周方向に４分割した５パターン構成とした。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をＡｕを含有する導電性接着剤を用いて固着させることにより、均熱板２を製作した。
【００６３】
また、支持体１１は、主面の３０％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とした。
【００６４】
また、図３に示した位置に従い、熱電対１０を配置し、１０本の導通端子７を給電部６の位置に保持固定し、２本の過昇温防止用の熱電対１２を分割した各抵抗発熱体ゾーンの境界部分に配置し、その位置は各抵抗発熱体の外縁部から０．５〜４０ｍｍの距離Ｌとした。チップ３０の材質をアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ジルコニアとし、寸法を外径４．８ｍｍおよび５．４ｍｍ、内径が１．２ｍｍ、全長が５ｍｍとなるように加工したものをそれぞれ使用して支持体１１に固定し、さらに前記支持体１１の上に均熱板２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固定して評価用のウエハ加熱装置１とした。
【００６５】
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２５０℃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中心とウエハ半径の１／２の周上の６分割点の６点との合計７点の温度バラツキを確認した後、降温し３０℃に６０分保持したのち、ウエハ加熱装置の制御用熱電対１０の指示温度が３５０℃になるまで導電端子７に通電して、過昇温防止用の熱電対１２の温度を測定した。
【００６６】
評価基準は下記のようにし、これを満足していれば可（○）、満足しない場合は不可（×）とした。
（評価１）ウエハ表面の上記７点における温度バラツキが１℃以下であること。
（評価２）抵抗発熱体５の温度を制御用熱電対１０で測定し、ウエハ加熱装置１の使用温度の上限である２５０℃に保持した場合に抵抗発熱体５と過昇温防止用熱電対１２の温度差が１０℃以内であること。
（評価３）抵抗発熱体５の温度を制御用熱電対１０で測定し、抵抗発熱体５が抵抗変化を起こす温度の下限である制御用熱電対の温度が３５０℃に達した時に、過昇温防止用熱電対１２の温度が、２６０〜３４０℃を示していること。
【００６７】
上記評価基準に対し、評価１，３を満足するものは過昇温防止用センサーとしての機能を満足すると判断できるが、好ましくは全項目満足することである。
【００６８】
それぞれの評価の結果は表１に示す通りである。
【００６９】
【表１】

【００７０】
表１から判るように、抵抗発熱体５の外縁部からの距離Ｌが１ｍｍ未満の試料Ｎｏ．１は、チップ３０の距離が近すぎるために、評価１による均熱性が悪く、さらには過昇温防止用熱電対１２の温度が制御用熱電対１０の検知温度より大幅に高い温度を検知するために全項目不可となり、本発明の範囲外となった。
【００７１】
抵抗発熱体５の外縁部からの距離Ｌが３０ｍｍを越える試料Ｎｏ．６は、チップ３０の距離が離れすぎており、過昇温防止用熱電対１２の温度が大幅に低く、評価２，３が不可となり、本発明の範囲外となった。
【００７２】
また、チップ３０の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の試料Ｎｏ．７は、熱伝導率が小さいために、過昇温防止用熱電対１２の温度が大幅に低く、評価２，３が不可となり、本発明の範囲外となった。
【００７３】
チップ３０に形成した穴の底からチップ３０の底までの厚みが２ｍｍを越える試料９，１１は、評価２を満足しなかった。
【００７４】
すなわち、チップ３０の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、抵抗発熱体５の外縁部からの距離Ｌが１〜３０ｍｍの試料２〜５、８〜１３は評価１，３を満足しており、過昇温防止用センサーの機能を満足すると判断できた。
【００７５】
また、チップ３０の熱容量が０．３Ｊ／Ｋを越える試料Ｎｏ．８は、制御用熱電対１０が３５０℃になった時点で、過昇温防止用の熱電対の温度が２６０℃未満であり、上記評価２を満足しなかった。
【００７６】
従って、チップ３０の熱容量が０．３Ｊ／Ｋ以下である、Ｎｏ．２〜５、１０、１２，１３は更に好ましい事が分った。
【００７７】
また、チップ３０に形成した穴の底からチップ３０の底までの厚みが２ｍｍを越える試料Ｎｏ．９，１１は、評価２を満足しなかったことから、チップ３０に形成した穴の底からチップ３０の底までの厚みが０．５〜２ｍｍである試料２〜５，１０，１２，１３が、さらに好ましい事が分った。
【００７８】
【発明の効果】
セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハ載置面とし、他方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を有するウエハ加熱装置において、該複数の抵抗発熱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であり、上記均熱板の過昇温を防止するための安全回路と、該安全回路に信号を送る熱電対とを備え、該熱電対を熱伝導率２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のチップ３０を介して前記均熱板の表面に固定し、前記チップが前記抵抗発熱体の２〜４個の外縁部から１〜３０ｍｍの距離とすることで、均熱板の均熱性を阻害することなく、抵抗発熱体の制御回路が故障したような場合でも、抵抗発熱体が破壊する前に抵抗発熱体への給電を止める安全回路に信号を送り、装置の発火、故障などを防ぐことの出来るウエハ加熱装置となる。
【００７９】
また、前記チップ３０の熱容量が０．３Ｊ／Ｋ以下とすると更に信頼性の高いウェハ加熱装置を提供できる。
【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における過昇温防止用熱電対の取付構造を示す図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置における過昇温防止用熱電対の配置を示す図である。
【図４】本発明のウエハ加熱装置の温度制御用熱電対の取付構造を示す断面図である。
【図５】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図６】従来のウエハ加熱装置の温度制御用熱電対の固定方法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：抵抗発熱体
６：給電部
７：支持体
８：弾性体
１０：制御用熱電対
１２：過昇温防止用熱電対
３０：チップ
Ｗ：半導体ウエハ

Claims

セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハ載置面とし、他方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を有するウエハ加熱装置において、該複数の抵抗発熱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、上記均熱板の過昇温を防止するための安全回路と、該安全回路に信号を送る熱電対とを備え、該熱電対を熱伝導率２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上のチップを介して前記均熱板の表面に固定し、前記チップと前記抵抗発熱体の外縁部との距離を１〜３０ｍｍとしたことを特徴とするウエハ加熱装置。
前記チップの熱容量が０．３Ｊ／Ｋ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。
前記チップが、アルミナ、窒化硼素、窒化珪素または、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１または２記載のウエハ加熱装置。
前記チップの底部の厚みが、０．５〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウエハ加熱装置。
前記チップが、弾性体によって押圧固定されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のウエハ加熱装置。