JP2004079653A - Wafer retainer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate irregularity of temperature of a wafer retainer and obtain necessary temperature uniformity and temperature responsivity by installing a contact member which retains a peripheral part of a planar ceramic member and is connected with the metal case. <P>SOLUTION: In the wafer retainer, a resistance heater is arranged on one main surface of the planar ceramic member, and a mounting surface for mounting a wafer is arranged on the other main surface. The wafer retainer is provided with a power supply part for supplying a power to the resistance heater, the metal case for surrounding the power supply part, and a nozzle which is arranged on the metal case and cools the planar ceramic member. Heat content of the metal case is made 0.5-3.0 times that of the planar ceramic member, so that the superior wafer retainer can be obtained wherein difference between temperatures in a wafer surface is small and cooling time is short. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウェハを加熱する際に用いるウェハ加熱装置に関するものであり、例えば半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、前記ウェ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際に好適な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、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためのウェ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、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、枚葉式には、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い、ウェハ支持部材が広く使用されている。
【０００４】
このようなウェハ支持部材として、例えば特開２００１−１３５６８４号公報、特開２００１−２０３１５６号公報、特開２００１−３１３２４９号公報や特開２００２−７６１０２号公報には、図５に示すようなウェハ支持部材が提案されている。
【０００５】
このウェハ支持部材７１は、板状セラミック体７２、金属ケース７９、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状の金属ケース７９の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状セラミック体７２を樹脂製の断熱性の接続部材７４を介してボルト８０で固定され、その上面をウェハＷを載せる載置面７３とするとともに、板状セラミック体７２の下面に、例えば図６に示すような同心円状の抵抗発熱体７５を備えるようになっていた。
【０００６】
さらに、抵抗発熱体７５の端子部には、給電端子７７がロウ付けされており、この給電端子７７が金属ケース７９の底部７９ａに形成されたリード線引出用の孔７６に挿通されたリード線７８と電気的に接続されるようになっていた。
【０００７】
そして、板状セラミックス体７２と金属ケースで囲まれた空間内にノズル８２より冷媒を送り、循環させ排出口８３より排出することにより板状セラミックス体７２を冷却するようになっていた。
【０００８】
ところで、このようなウェハ支持部材７１において、ウェハ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するにはウェハの温度分布を均一にすることとが重要であり、同時にウェハを加熱・冷却する際の過渡時の時間が小さく、しかも過渡時の温度が均一であることが求められている。更に、ウェハの加熱温度を変更するためにウェハ支持部材７１の設定温度を変更する必要があり、ウェハ支持部材７１を短時間に昇温したり冷却する時間が短い必要があった。
【０００９】
特開２００２−８３８４８号公報には、図５に示すように、金属ケース７９の底部７９ａの面粗度を一定の値以下とすると冷媒が底部７９ａとの界面で気流の乱れが無く昇温効率や冷却効率を向上させている。
【００１０】
また、特開２００２−１００４６２号公報には、上記のウェハ支持部材の熱容量を５０００Ｊ／Ｋ以下として、ウェハの昇温速度や冷却速度を高めている。しかし、金属ケース７９の熱容量は板状セラミックス体７３の熱容量の３．３倍以上と大きく、また、金属ケース７９の表面積Ｓと金属ケース７９の体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５（１／ｃｍ）を下回ることから冷却時間が長かった。
【００１１】
しかし、いずれもウェハの設定加熱温度を変更する時間は長く、短時間で温度変更できるウェハ支持部材が求められていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年生産効率の向上の為、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、必ずしも大判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、ひとつの装置で、多種多様のウェハサイズや熱処理条件に対応可能な装置が望まれている。
【００１３】
更に、半導体素子の配線微細化に伴い使用され始めた化学増幅型レジストにおいては、ウェハの温度の均一性は勿論のこと、ウェハをウェハ支持部材に載置した瞬間から離脱し熱処理を終了させるまでの過渡的な温度履歴も極めて重要となり、ウェハ載置直後から概ね６０秒以内にウェハの温度が均一に安定することが望まれている。
【００１４】
特に、ウエハＷを板状セラミックス体７２上に差し替えした際に温度が安定するまでの時間やウエハ面内の温度バラツキが大きいとの問題があった。
【００１５】
しかしながら、特開２００２−６４１３３号公報に紹介されているウェハ支持部材では、直径２１０ｍｍの窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体に０．３５〜０．８１ｋｇの金属ケースとその付属品０．４３〜２．９１ｋｇから構成されている。また、直径３２０ｍｍの窒化アルミニウムに０．７３〜１．５１ｋｇの金属ケースと、その付属品０．７７〜６．２９ｋｇから構成されていた。しかし、これらのウェハ支持部材は、ウェハの急速な昇温や冷却する時間が長く不十分であり、ウェハ面内の過渡的な温度差が大きいとの問題があった。
【００１６】
また、特開２００２−８３８４８号公報に記載のウェハ支持部材では図５に示した板状セラミックス体７３と金属ケース７９が囲む空間に冷媒を循環させ冷却するに、金属ケース７９の底面７９ａの表面粗度Ｒａを２０μｍ以下とし気流の乱流をなくし冷却効率を大きくしているが、ガスノズルからの気流の流れる範囲が限定され、部分的にしか冷却されないことから前記同様にウェハ表面の温度差が大きくなるとの問題があった。
【００１７】
更に、特開２００２−１００４６２号公報に記載のウェハ支持部材では、熱容量を５０００Ｊ／Ｋ以下とし、昇温特性と冷却特性を向上させているが、ウェハ面内の温度差が大きいとの問題があった。
【００１８】
【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、板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの熱容量が、前期板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記金属ケースの表面積Ｓ（ｃｍ２）と前記金属ケースの体積Ｖ（ｃｍ３）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることを特徴とする。
【００２０】
また、前記板状セラミックス体の外周部に位置する前記抵抗発熱体は同心円状の円弧状パターンを有し、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記ウェハ支持部材において、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記金属ケースと接続する接触部材とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は本発明に係るウェハ支持部材１の１例を示す断面図で、炭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板状セラミックス体２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３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、給電部６に給電端子１１が接続している。これらの給電部６を囲む金属ケース１９が接続部材１７を介して板状セラミックス体２の他方の主面の周辺部に固定されている。
【００２４】
そして、金属ケースの底面２１には冷却ガスを突出させるガス噴射用のノズル２４を備え、ガス噴射用のノズル２４から噴射された冷却ガスが板状セラミックス体２の下面に注がれ、板状セラミックス体２の下面の熱を奪い、加熱された冷却ガスは囲まれた金属ケース１９に熱を伝えながら金属ケース１９の底面２１の開口部２３から外部に排出されることで板状セラミックス体２を急激に冷却することができる。
【００２５】
特に、複数のノズル２４から噴射された冷却ガスは大きなガス流速で板状セラミックス体２の下面に噴射され、板状セラミックス体２の一部を急激に冷却し、板状セラミックス体２の一部の冷却域が板状セラミックス体２の熱伝導により板状セラミックス体２の全体に広がり冷却されるように構成されている。
【００２６】
また、ウェハリフトピン２５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を載置面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２７で板状セラミックス体２の温度を測定しながらウェハＷを加熱することができる。
【００２７】
尚、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８により載置面３から浮かした状態で保持され、ウェハＷの片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。
【００２８】
抵抗発熱体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に給電端子１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【００２９】
本発明のウェハ支持部材１は、該金属ケース１９に前記板状セラミックス体２を冷却するノズル２４を備え、前記金属ケース１９の熱容量は、前記板状セラミックス体２の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とする。
【００３０】
金属ケース１９の熱容量が板状セラミックス体２の熱容量の０．５倍を下回るとノズル２４から噴射された冷却ガスが板状セラミックス体２に当たり板状セラミックス体２の熱を奪い熱せられた冷却ガスの熱が金属ケース１９に効率良く吸収されることがなく、充分に板状セラミック体２の熱を伝えることができないことから、板状セラミックス体２の温度を低下させる効果が小さい。
【００３１】
金属ケース１９の熱容量が板状セラミックス体２の熱容量の３．０倍を越えると、金属ケース１９の熱容量が大き過ぎることから板状セラミックス体２の熱を金属ケース１９に冷却ガスを介して伝えることはできるが、板状セラミックス体２を加熱する際に、板状セラミックス体２からの輻射熱が金属ケース１９に過剰に伝わり板状セラミックス体２を加熱しても昇温速度が小さくなる虞があった。好ましくは金属ケース１９の熱容量は板状セラミックス体２の熱容量の０．７〜１．２倍であり、更に好ましくは０．９〜１．２倍であった。このような範囲の熱容量とすることで、板状セラミックス体２の熱がノズル２４から噴射された冷却ガスを介して、金属ケース１９に伝わるとともに外部へ効率良く排出される。特に金属ケースの熱容量が板状セラミックス体２の熱容量に近いと板状セラミックス体２の熱の大よそ半分が金属ケースに伝わり金属ケースの外面から放散されることで板状セラミックス体２の温度が下がりやすい事が分った。そして、加熱した板状セラミックス体２の熱を効率良く取り除くことができることから、板状セラミックス体２の温度を急激に下げることができるとともに、板状セラミックス体２を抵抗発熱体５で加熱する際に効率良く急速に昇温させることができる。
【００３２】
金属ケース１９の熱容量に対する板状セラミックス体２の熱容量の倍率を変えるには、金属ケース１９の熱容量を変えることで調整することが好ましい。その理由は、窒化珪素や窒化アルミニウム製の大きさが同じ板状セラミックス体２では、炭化珪素より窒化アルミニウムの熱容量が数％から１０％程大きいが、本発明の板状セラミックス体２の外形や厚みは略同じことから板状セラミックス体２の熱容量は大きく変更することができない。しかし、金属ケース１９の金属板厚みや金属ケース１９の深さを調整したり、材質を変えることで金属ケース１９を好適な熱容量に調節できるからである。
【００３３】
また、ウェハ支持部材１の昇温時間や冷却時間を短縮するには前記金属ケース１９の表面積Ｓ（ｃｍ２）と前記金属ケース１９の体積Ｖ（ｃｍ３）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であると更に効率良く板状セラミックス体２を加熱したり冷却したりすることができることから好ましいことが判明した。
【００３４】
比率Ｓ／Ｖが５（１／ｃｍ）を下回ると、金属ケース１９の体積Ｖに対する表面積Ｓの比率が小さいことから、金属ケース１９の表面から吸収された熱が金属ケース１９の外に放散される効率が悪く、また、熱が金属ケース１９に残りやすい。板状セラミックス体２を加熱すると放射熱が金属ケース１９に吸収され易くなり板状セラミックス体２を急速に昇温させることが難しくなるからである。
【００３５】
比率Ｓ／Ｖが５０（１／ｃｍ）を越えると、ノズル２４から噴射され板状セラミックス体２に当たり熱を奪った冷却ガスが金属ケース１９により効率良く冷却されず、冷却ガスの熱が金属ケース１９に伝わり金属ケース１９の温度が急激に上昇し、板状セラミックス体２の熱を効率良く冷却できないことから板状セラミックス体２の全体の温度を下げるまでの冷却時間が大きくなる虞があった。
【００３６】
比率Ｓ／Ｖは、好ましくは　１１〜２０（１／ｃｍ）であり、更に好ましくは１３〜１５（１／ｃｍ）であった。
【００３７】
比率Ｓ／Ｖを上記の範囲内となるように調整する具体的な方法について述べる。一般に金属ケース１９の金属板厚みを大きくするとＳ／Ｖは小さくなり、好ましくは金属ケース１９の側壁の厚みは０．５〜３ｍｍ、底板の厚みは１〜５ｍｍである。更に好ましくは側壁の厚みは０．５〜２ｍｍで底板の厚みは１〜３ｍｍである。また、金属ケース１９の外周に凹凸を設け、金属ケース１９の表面を大きくすることで比率Ｓ／Ｖを上記の好適な範囲となるよう調整することができる。
【００３８】
尚、ここで、金属ケース１９とはウェハ支持部材１の外表面を形成する部品の中の、板状セラミックス体２と接続部材１７を除き外表面が金属からなる金属部品を示す。
【００３９】
また、ノズル２４から噴射された冷却ガスは板状セラミックス体２の下面に当たり、板状セラミックス体２の下面に沿って放射状に広がり金属ケース１９や金属ケース１９に取り付けられた部材に衝突し進路を変え金属ケース１９の下面２１の排出孔２３からウェハ支持部材１の外部へ放出される。そして、前記の冷却ガスは板状セラミックス体２の熱を奪い、一部の熱を金属ケース１９に伝え、そして冷却ガスは排出される。そして、金属ケース１９に伝えられた板状セラミックス体２の一部の熱は効率良く金属ケース１９の外側から放散される。ノズル２４から噴射された冷却ガスは、板状セラミックス体の下面に強く衝突することで板状セラミックス体２の熱を効率良く奪うことができる、そして熱せられた冷却ガスは金属ケース１９に熱を伝えながら排出されるのであるが、ノズル２４から噴射される冷却ガスの流速を高め、効率良く排出するには複数取り付けられたノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、１０００〜３２００倍の面積Ｓを備えた排出孔２３を有することが好ましい。
【００４０】
ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、Ｓ２の面積が１０００倍以下では排出孔２３が小さいことからノズル２４から噴射する冷却ガスの突出量が減少し板状セラミックス体２を冷却する効率が小さくなり好ましくない。
【００４１】
また、ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、Ｓ２の面積が３２００倍を越えると、板状セラミックス体２により加熱された冷却ガスの熱が金属ケース１９に伝わる量が減少し、板状セラミックス体２を冷却する効果が小さくなる。
【００４２】
従って、ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、１０００〜３２００倍の面積Ｓ２を備えた排出孔２３であると効率良く板状セラミックス体２に冷却ガスを当て、板状セラミックス体２と金属ケース１９とで囲む空間に冷却ガスを循環させて排出孔２３から排出できる。好ましくはＳ２はＳ１の１５００〜２５００倍である。更に好ましくは１７００〜２３００倍である。
【００４３】
更に、上記のように冷却ガスを流すと、金属ケース１９と板状セラミックス体２の囲む空間と、その外部空間との圧力差Ｐは５０〜１３ｋＰａとすることができることから優れた冷却特性が得られる。
【００４４】
圧力差Ｐが５０Ｐａ以下では冷却ガスの流量が少なく板状セラミックス体２を短時間で冷却することができない。
【００４５】
圧力差Ｐが１３ｋＰａを超えると内部圧力が大きく板状セラミックス体２と金属ケースで囲む空間が押し広がり容積が大きくなり、板状セラミック体と金属ケース１９の位置がずれて板状セラミックス体２に載せたウェハの温度分布が変化する虞があった。
【００４６】
好ましくは、圧力差Ｐは１００Ｐａ〜１ｋＰａであり、更に好ましくは２００Ｐａ〜５００Ｐａであった。
【００４７】
また、本発明の抵抗発熱体５のパターンは図２に示す折り返しパターンからなり、図３に示す抵抗発熱体はこれらの折り返しパターンが渦巻き状となった例を示す。また、これらのパターンを複合したパターンでも良い。
【００４８】
また、本発明のウェハ支持部材１は、板状セラミックス体２の一方の主面に抵抗発熱体５を備えたウェハ支持部材１であって、図２に示すように板状セラミックス体２の外周部に位置する前記抵抗発熱体５は板状セラミックス体２の中心から遠い部位は同心円状をした円弧状パターン５１とこれらと連続して繋がっている連結パターン５２からなることが好ましい。前記抵抗発熱体５に電力を供給する給電部６と、該給電部６を囲む金属ケース１９とからなり、前記板状セラミックス体２の他方の主面にウェハ加熱面を備え、他方の主面に平行な投影面でみて、前記抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが前記板状セラミックス体２の直径ＤＰの９０〜９９％であることが好ましい。
【００４９】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９０％より小さいと、ウェハを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなりウェハＷの温度応答特性が劣る。また、ウェハＷの周辺部の温度を下げないようウェハＷの表面温度を均一に加熱するには、直径ＤはウェハＷの直径の１．０２倍程度が好ましいことから、ウェハＷの大きさに対して板状セラミックス体２の直径ＤＰが大きくなり、均一に加熱できるウェハＷの大きさが板状セラミックス体２の直径ＤＰに比較して小さくなり、ウェハＷを加熱する投入電力に対しウェハＷを加熱する加熱効率が悪くなる。更に、板状セラミックス体２が大きくなることからウェハ製造装置の設置面積が大きくなり、最小の設置面積で最大の生産を行う必要がある半導体製造装置の設置面積に対する稼働率を低下させ好ましくない。
【００５０】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９９％より大きいと接触部材１７と抵抗発熱体５の外周との間隔が小さく抵抗発熱体５の外周部から熱が接触部材１７に不均一に流れ、特に、外周部の外接円Ｃに接する円弧状パターン５１が存在しない部分からも熱が流れ、外周部の円弧状パターン５１が板状セラミックス体２の中心部へ曲がっていることから抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに沿って円弧状パターン５１が欠落する部分Ｐの温度が低下しウェハＷの面内温度差を大きくする虞がある。より好ましくは、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９２〜９７％である。
【００５１】
また、図１に示す様に板状セラミックス体２と金属ケース１９の外形が略同等で板状セラミックス体２を下から金属ケース１９が支える場合、ウェハＷの面内の温度差を小さくするには、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９２〜９５％であり、更に好ましくは９３〜９５％である。
【００５２】
一方、図４に示す様な板状セラミックス体２の外周面を覆うように金属ケースが接続した場合には、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９５〜９８％が好ましく、更に好ましくは９６〜９７％である。
【００５３】
また、板状セラミックス体２は、有底の金属ケース１９開口部の外周にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、有底の金属ケース１９側より弾性体１８を介在させてナット２０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、板状セラミックス体２の温度が変動した場合に有底の金属ケース１９が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス体２の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状セラミックス体２の反りに起因する温度ばらつきが発生することを防止できるようになる。
【００５４】
リング状の接触部材１７の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状セラミックス体２と接触部材１７が平面で接触する場合において、板状セラミックス体２と接触部材１７の接する接触部の巾は０．１ｍｍ〜１３ｍｍであれば、板状セラミックス体２の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れ量を小さくすることができる。そして、ウェハＷの面内の温度差が小さくウェハＷを均一に加熱することができる。更に好ましくは０．１〜８ｍｍである。接触部材１７の接触部の巾が０．１ｍｍ以下では、板状セラミックス体２と接触固定した際に接触部が変形し、接触部材が破損する虞がある。また、接触部材１７の接触部の巾が１３ｍｍを越える場合には、板状セラミックス体２の熱が接触部材に流れ、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷを均一に加熱することが難しくなる。好ましくは接触部材１７と板状セラミックス体２の接触部の巾は０．１ｍｍ〜８ｍｍであり、更に好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【００５５】
また、接触部材１７の熱伝導率は板状セラミックス体２の熱伝導率より小さいことが好ましい。接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より小さければ板状セラミックス体２に載せたウェハＷ面内の温度分布を均一に加熱することができると共に、板状セラミックス体２の温度を上げたり下げたりする際に、接触部材１７との熱の伝達量が小さく有底の金属ケース１９との熱的干渉が少なく、迅速に温度を変更することが容易となる。
【００５６】
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率の１０％より小さいウェハ支持部材１では、板状セラミックス体２の熱が有底の金属ケース１９に流れ難く、板状セラミックス体２から有底の金属ケース１９に熱が、雰囲気ガス（ここでは空気）による伝熱や輻射伝熱により流れる熱が多くなり逆に効果が小さい。
【００５７】
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より大きい場合には、板状セラミックス体２の周辺部の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れ、有底の金属ケース１９を加熱すると共に、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷ面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、有底の金属ケース１９が加熱されることからガス噴射用のノズル２４からエアを噴射し板状セラミックス体２を冷却しようとしても有底の金属ケース１９の温度が高いことから冷却する時間が大きくなったり、一定温度に加熱する際に一定温度になるまでの時間が大きくなる虞があった。
【００５８】
一方、前記接触部材１７を構成する材料としては、小さな接触部を保持するために、接触部材のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましく、更に好ましくは１０ＧＰａ以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の巾が０．１ｍｍ〜８ｍｍと小さく、板状セラミックス体２を有底の金属ケース１９に接触部材１７を介してボルト１６で固定しても、接触部材１７が変形することが無く、板状セラミックス体２が位置ズレしたり平行度が変化したりすることなく、精度良く保持することができる。
【００５９】
尚、特開２００１−３１３２４９号公報に記載のような、フッ素系樹脂やガラス繊維を添加した樹脂からなる接触部材では得られない精度を達成することができる。
【００６０】
前記接触部材１７の材質としては鉄とカーボンからなる炭素鋼やニッケル、マンガン、クロムを加えた特殊鋼等の金属がヤング率が大きく好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、ステンレス鋼やＦｅ―Ｎｉ−Ｃｏ系合金の所謂コバールが好ましく、板状セラミックス体２の熱伝導率より小さくなるように接触部材１７の材料を選択することが好ましい。
【００６１】
更に、接触部材１７と板状セラミックス体２との接触部を小さく、且つ接触部が小さくても接触部が欠損しパーティクルを発生する虞が小さく安定な接触部を保持できるために、板状セラミックス体２に垂直な面で切断した接触部材１７の断面は多角形より円形が好ましく、断面の直径１ｍｍ以下の円形のワイヤを接触部材１７として使用すると板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９の位置が変化することなくウェハＷの表面温度を均一にしかも迅速に昇降温することが可能である。
【００６２】
更に詳細な構成について説明する。
【００６３】
本発明に係るウェハ支持部材は、板厚ｔが１〜７ｍｍ、１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、この抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を備えたものである。
【００６４】
１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体２の材質としては、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いることができ、この中でも特に窒化アルミニウムは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、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。
【００６５】
板状セラミックス体２の厚みは、２〜５ｍｍとすると更に好ましい。板状セラミックス体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状セラミックス体２の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ガス噴射用のノズル２４らの冷却エアーを吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、板状セラミックス体２にクラックが発生する虞があるからである。また、板状セラミックス体２の厚みが５ｍｍを越えると、板状セラミックス体２の熱容量が大きくなるので加熱および冷却時の温度が安定するまでの時間が長くなる虞がある。
【００６６】
次に、有底の金属ケース１９は側壁部２２と底面２１を有し、板状セラミックス体２はその有底の金属ケース１９の開口部を覆うように設置してある。また、有底の金属ケース１９には冷却ガスを排出するための孔２３が施されており、板状セラミックス体２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６に導通するための給電端子１１，板状セラミックス体２を冷却するためのガス噴射用のノズル２４、板状セラミックス体２の温度を測定するための熱電対２７を設置してある。
【００６７】
なお、有底の金属ケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状セラミックス体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。更に好ましくは２０〜３０ｍｍである。これは、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９相互の輻射熱により載置面３の均熱化が容易となると同時に、外部との断熱効果があるので、載置面３の温度が一定で均一な温度となるまでの時間が短くなるためである。
【００６８】
そして、有底の金属ケース１９内に昇降自在に設置されたリフトピン２５により、ウェハＷを載置面３上に載せたり載置面３より持ち上げたりといった作業がなされる。そして、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８により載置面３から浮かした状態で保持され、片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。
【００６９】
また、このウェハ加熱装置１によりウェハＷを加熱するには、搬送アーム（不図示）にて載置面３の上方まで運ばれたウェハＷをリフトピン２５にて支持したあと、リフトピン２５を降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
【００７０】
次に、ウェハ支持部材１をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状セラミックス体２の主成分を炭化珪素にすると、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、ウェハ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。この際、焼結助剤に水と反応してアンモニアやアミンを形成する可能性のある窒化物を含まないようにすることが必要である。
【００７１】
なお、板状セラミックス体２を形成する炭化珪素質焼結体は、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）を添加したり、もしくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）イットリア（Ｙ２Ｏ３）のような金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工したのち、１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。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。
【００７２】
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス体２として使用する場合、半導電性を有する板状セラミックス体２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層としては、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４００μｍを越えると、板状セラミックス体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として機能しなくなる。その為、絶縁層としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは１００〜４００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲とすることが良い。
【００７３】
さらに、板状セラミックス体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。
【００７４】
また、板状セラミックス体２を、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体で形成する場合は、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１８００〜２１００℃で焼成することにより得られる。板状セラミックス体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を形成することもある。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。
【００７５】
この絶縁層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、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板状セラミックス体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、板状セラミックス体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クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００７６】
なお、ガラスからなる絶縁層を板状セラミックス体２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを板状セラミックス体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、ガラスペーストを６００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。また、絶縁層としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスからなる絶縁層との密着性を高めることができる。
【００７７】
本発明の抵抗発熱体５のパターン形状は、図２や図３に示すような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で、本願発明のウェハ支持部材１はウェハＷを均一に加熱することが重要であることから、これらのパターン形状は帯状の抵抗発熱体５の各部の密度が均一なことが好ましい。ただし、図６に示すような、板状セラミック体２２の中心から放射方向に見て、抵抗発熱体２５の間隔が密な部分と粗な部分が交互に現れる抵抗発熱体パターンでは、粗な部分に対応するウェハＷの表面温度は小さく、密な部分に対応するウェハＷの温度は大きくなり、ウェハＷの表面の全面を均一に加熱することはできないことから好ましくない。
【００７８】
また、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制御することにより、載置面３上のウェハＷを均一に加熱することが好ましい。
【００７９】
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電極ペーストを印刷法で板状セラミック体２に印刷、焼き付けしたもので、金属粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なくとも一種の金属を用いることが好ましく、またガラスフリットとしては、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｎを含む酸化物からなり、板状セラミック体２の熱膨張係数より小さな４．５×１０−６／℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましく、さらに金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いることが好ましい。
【００８０】
ここで、抵抗発熱体５を形成する金属粒子として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なくとも一種の金属を用いるのは、電気抵抗が小さいからである。
【００８１】
抵抗発熱体５を形成するガラスフリットとして、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｎを含む酸化物からなり、抵抗発熱体５を構成する金属粒子の熱膨張係数が板状セラミック体２の熱膨張係数より大きいことから、抵抗発熱体５の熱膨張係数を板状セラミック体２の熱膨張係数に近づけるには、板状セラミック体２の熱膨張係数より小さな４．５×１０−６／℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましいからである。
【００８２】
また、抵抗発熱体５を形成する金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いるのは、抵抗発熱体５の中の金属粒子と密着性が優れ、しかも熱膨張係数が板状セラミック体２の熱膨張係数と近く、板状セラミック体２との密着性も優れるからである。
【００８３】
ただし、抵抗発熱体５に対し、金属酸化物の含有量が８０％を超えると、板状セラミック体２との密着力は増すものの、抵抗発熱体５の抵抗値が大きくなり好ましくない。その為、金属酸化物の含有量は６０％以下とすることが良い。
【００８４】
そして、導電性の金属粒子とガラスフリットや金属酸化物からなる抵抗発熱体５は、板状セラミック体２との熱膨張差が３．０×１０−６／℃以下であるものを用いることが好ましい。
【００８５】
即ち、抵抗発熱体５と板状セラミック体２との熱膨張差を０．１×１０−６／℃とすることは製造上難しく、逆に抵抗発熱体５と板状セラミック体２との熱膨張差が３．０×１０−６／℃を超えると、抵抗発熱体５を発熱させた時、板状セラミック体２との間に作用する熱応力によって、載置面３側が凹状に反る恐れがあるからである。
【００８６】
さらに、絶縁層上に被着する抵抗発熱体５材料としては、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（Ｒｅ２Ｏ３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ３）等の導電性の金属酸化物や上記金属材料を樹脂ペーストやガラスペーストに分散させたペーストを用意し、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して、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。
【００８７】
ただし、抵抗発熱体５材料に銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）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と同一の材質からなるコート層を４０〜４００μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００８８】
更に、抵抗発熱体５への給電方法については、有底の金属ケース１９に設置した給電端子１１を板状セラミックス体２の表面に形成した給電部６にバネ（不図示）で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、２〜５ｍｍの厚みの板状セラミックス体２に金属からなる端子部を埋設して形成すると、該端子部の熱容量により均熱性が悪くなるからである。そのため、本発明のように、給電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、板状セラミックス体２とその有底の金属ケース１９の間の温度差による熱応力を緩和し、高い信頼性で電気的導通を維持できる。さらに、接点が点接触となるのを防止するため、弾性のある導体を中間層として挿入しても構わない。この中間層は単に箔状のシートを挿入するだけでも効果がある。そして、給電端子１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００８９】
また、板状セラミックス体２の温度は、板状セラミックス体２にその先端が埋め込まれた熱電対２７により測定する。熱電対２７としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対２７を使用することが好ましい。この熱電対２７の先端部は、板状セラミックス体２に孔が形成され、この中に設置された固定部材により孔の内壁面に押圧固定することが測温の信頼性を向上させるために好ましい。同様に素線の熱電対やＰｔ等の測温抵抗体を埋設して測温を行うことも可能である。
【００９０】
なお、板状セラミック体２の一方の主面には、図４に示すように、複数の支持ピン８を設け、板状セラミック体２の一方の主面より一定の距離をおいてウェハＷを保持するようにしても構わない。
【００９１】
また、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のみを備えたウェハ支持部材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。
【００９２】
【実施例】
（実施例　１）
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．０質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
【００９３】
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
【００９４】
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
【００９５】
そして、得られた窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
【００９６】
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間焼成して板状セラミックス体を製作した。
【００９７】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３１５ｍｍ〜３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【００９８】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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。
【００９９】
抵抗発熱体ゾーン４の配置は、中心部に直径１０８ｍｍの円形の１つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側に外形２３３ｍｍの円環を同等の２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、その外側に外径３１０ｍｍの円環を４つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計７個の抵抗発熱体ゾーン構成とした。そして、最外周の４つの抵抗発熱体ゾーンの外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとした試料を作製した。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状セラミックス体２を製作した。
【０１００】
また、有底の金属ケースはＡｌ、Ａｌ合金、銅、鋼、ステンレスからなり、ケースの底面の厚みと側壁部を構成する厚みを変えた金属ケースを作製した。そして金属ケースの底面に、ガス噴射用のノズル、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２０〜５０ｍｍとした。
【０１０１】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてナットを螺着することにより弾性的に固定することによりウェハ支持部材とした。
【０１０２】
また、板状セラミックス体の周辺部下面を支持する支持構造▲１▼と、板状セラミックス体の外周面を支持する支持構造▲２▼との２つの構造でウェハ支持部材を作製した。尚、支持構造▲１▼では、板状セラミックス体の直径と金属ケースの外形である直径を同じとした。
【０１０３】
尚、接触部材１７の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．１〜１３とした。
【０１０４】
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェ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℃の範囲となった時のウェハＷの温度を測定しウェハＷ温度の最大値と最小値の差を昇温時の温度差とした。また、３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、ノズルより冷却ガスを噴射しウェハＷの平均温度が８０℃となるまでの時間を測定し冷却時間として測定した。
【０１０５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【０１０６】
【表１】

Figure 2004079653
【０１０７】
本願発明のウェハ支持部材１の金属ケースの熱容量が、板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３倍である試料Ｎｏ．１、３〜７、９〜１３は昇温時の温度差が１．５℃以下と小さく、且つ冷却時間は３００秒以下と優れた特性を示すことが分った。
【０１０８】
これに対し、金属ケースの熱容量が板状セラミックス体の熱容量の０．２倍である試料Ｎｏ．２は冷却時間は２６１秒と小さいものの昇温時の温度差は２．１℃と大きかった。
【０１０９】
また、金属ケースの熱容量が板状セラミックス体の熱容量の３．４倍である試料Ｎｏ．８は冷却時間４５８秒と非常に大きく、昇温時の温度差も２．５℃と大きかった。
【０１１０】
従って、ウェハ支持部材１の金属ケースの熱容量が、板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３倍であると優れた特性を示すことが分った。
【０１１１】
（実施例　２）
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製し、アルミニウムとステンレスを使って金属ケースを作製し、金属ケースの厚みを変えて金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖを変えてウェハ支持部材を作製した。
【０１１２】
そして、実施例１と同様に評価した。
その結果を表２に示す。
【０１１３】
【表２】
Figure 2004079653
【０１１４】
金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．２１〜２３、２６〜２９は昇温時の温度差が１．５℃以下であり、更に冷却時間が２８０秒以下と小さく好ましかった。
【０１１５】
従って、金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることが好ましいことが分った。
【０１１６】
また、金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが１０〜２０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．２１〜２２、２６〜２８は昇温時の温度差が１．３℃以下であり、更に冷却時間が２６８秒以下と小さく好ましかった。
【０１１７】
更に、金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが１３〜２０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．２７、２８は昇温時の温度差が０．９℃以下であり、更に冷却時間が２５９秒以下と小さく好ましかった。
【０１１８】
（実施例　３）
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製した。そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３１５ｍｍ〜３４５ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【０１１９】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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のパターン配置は、中心部から放射状に円と円環状に分割し、中心部に円形の１つにパターンを形成し、その外側の円環状の部分に２つにパターンを形成し、その外側の円環状の部分に４つのパターンを備えた計７個のパターン構成とした。そして、最外周の４つのパターンの外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとして、板状セラミックスの直径を変えることで、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の直径の比率を変化させた。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状セラミックス体２を製作した。
【０１２０】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍとし、側壁部を構成する金属ケースの厚みは１．０ｍｍとして、底面に、ガス噴射用のノズル、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２０ｍｍとした。
【０１２１】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてナットを螺着することにより弾性的に固定することによりウェハ支持部材とした。
【０１２２】
また、板状セラミックス体の周辺部下面を支持する支持構造▲１▼と、板状セラミックス体の外周面を支持する支持構造▲２▼との２つの構造でウェハ支持部材を作製した。尚、支持構造▲１▼では、板状セラミックス体の直径と金属ケースの外形である直径を同じとした。
【０１２３】
尚、接触部材１７の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．３１〜３９とした。
【０１２４】
作製したウェハ支持部材は実施例１と同様に評価した。それぞれの結果は表３に示す通りである。
【０１２５】
【表３】
Figure 2004079653
【０１２６】
表３の試料Ｎｏ．３１は、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が８５％と小さくウェハの昇温時の温度差は１．５℃とやや大きく、冷却時間も２６７秒とやや大きかった。
【０１２７】
また、試料Ｎｏ．３９は、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９９．５％と大きくウェハの昇温時の温度差は１．４２℃とやや大きく、冷却時間も２８６秒とやや大きかった。
【０１２８】
これらに対し、試料Ｎｏ．３２〜３８は板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９０〜９９％であり昇温時の温度差は０．９℃以下と小さく、しかも冷却時間は２６５秒以下と小さく優れた特性を示した。
【０１２９】
従って、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率は、９０〜９９％が優れたウェハ支持部材であることが分る。
【０１３０】
更に、板状セラミックス体の外周部下面で金属ケースと接触部材を介して接続した支持構造▲１▼では、試料Ｎｏ．３４〜３５に示すように板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９２〜９５％で、ウェハの昇温時の温度差が０．７５℃以下で且つ冷却時間が２５９秒以下とより優れていた。
【０１３１】
また、板状セラミックス体の外周部側面で金属ケースと接触部材を介して接続した支持構造▲２▼では、試料Ｎｏ．３６，３７は昇温時の温度差が０．６９℃以下で冷却時間も２５１秒以下と更に小さいことから、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９６％〜９７％であると更に好ましいことが分る。
【０１３２】
（実施例　４）
実施例１と同様の工程で板状セラミックス体を作製した。
【０１３３】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【０１３４】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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は直径方向に３分割しパターン配置は、中心部から１パターン、２パターン、４パターンの計７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を導電性接着剤にて固着させることにより、板状セラミックス体２を製作した。
【０１３５】
また、有底の金属ケース１９は、直径３３０ｍｍで底面２１を構成する厚み２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部２２を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面２１に、ガス噴射口１２、熱電対１３、導通端子１１を所定の位置に取り付けた。また、底面２１から板状セラミックス体２までの距離は２０ｍｍとした。その後、前記有底の金属ケース１９の開口部に、板状セラミックス体２を重ね、その外周部にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、接触部材１７側より弾性体１８を介在させてナット２０を螺着することにより弾性的に固定することによりウェハ支持部材１とした。接触部材１７の断面は台形状で、板状セラミックス体の周辺部を支持するリング状とした。台形状の断面の大きさは、下辺が４ｍｍで高さ２ｍｍとし上辺は０．０５〜４ｍｍと、下辺が１５ｍｍで高さ２ｍｍで上辺を５〜１５ｍｍとした接触部材をそれぞれのウェハ支持部材に取り付けた。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．５１〜５７とした。
【０１３６】
そして、実施例１と同様に評価した。それぞれの結果は表１に示す通りである。
【０１３７】
【表４】
Figure 2004079653
【０１３８】
表４から判るように、試料Ｎｏ．５１は、接触部材と板状セラミックス体との接触部の巾が０．０５ｍｍと小さく応答時間やウェハの温度差は小さかったが、使用中に接触部材のエッジからと思われるパーティクルが発生し使用できなかった。また、試料Ｎｏ．５７は接触部材の接触部の巾が１５ｍｍと大きくウェハの温度差が１．５℃と大きく、ウェハを均一に加熱するウェハ支持部材の基本的な機能を有していなかった。
【０１３９】
これらに対し、試料Ｎｏ．５２〜５６は接触部材と板状セラミックス体との接触部の巾が０．１〜１３ｍｍの範囲にあり、ウェハの温度差は０．８３℃以下であり、冷却時間も６０秒以下と小さく好ましい特性を示した。
【０１４０】
従って、接触部材を板状セラミックス体に垂直な面で切断した断面において、板状セラミックス体と接触する接触部の巾は０．１〜１３ｍｍであることが好ましいことが判明した。更に板状セラミックス体と接触する接触部の巾は０．１〜８ｍｍであると昇温時の温度差が１．０℃以下と好ましい。更に０．１〜２ｍｍであると昇温時の温度差が０．７℃以下と更に好ましい。
【０１４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの熱容量が、前期板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍とすることにより冷却時間の短く、昇温時の温度差の小さなウェハ支持部材を提供できる。
【０１４２】
また、前記金属ケースの表面積Ｓと前記金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）とすることで更に短い冷却時間が得られる。
【０１４３】
また、前記板状セラミックス体の外周部に位置する前記抵抗発熱体は同心円状の円弧状パターンを有し、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％とすると更に好ましい。
【０１４４】
また、前記ウェハ支持部材において、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記金属ケースと接続する接触部材とを備えることにより優れた冷却特性とウェハの温度均一性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置における抵抗発熱体の平面形状を示す概略図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置における抵抗発熱体の平面形状を示す概略図である。
【図４】本発明のウェハ加熱装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図６】従来のウェハ加熱装置における抵抗発熱体の平面形状を示す概略図である。
【符号の説明】
１、７１：ウェハ支持部材
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１１、７７：給電端子
１２：ガイド部材
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
１９、７９：金属ケース
２０：ナット
２１：底面
２３：孔
２４：ガス噴射用のノズル
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
Ｗ：半導体ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer heating apparatus mainly used for heating a wafer. For example, a thin film is formed on a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal device or a circuit board, or a resist solution applied on the wafer. The present invention relates to a wafer support member suitable for forming a resist film by dry baking.
[0002]
[Prior art]
A wafer support member for heating a semiconductor wafer (hereinafter abbreviated as a wafer) is used in a semiconductor thin film forming process, an etching process, a resist film baking process, and the like in a manufacturing process of a semiconductor manufacturing apparatus.
[0003]
Conventional semiconductor manufacturing apparatuses include a batch type that heats a plurality of wafers at once and a single wafer type that heats one wafer at a time. The single wafer type has excellent temperature controllability. Wafer support members have been widely used as wiring miniaturization and wafer heat treatment temperature accuracy improvement are required.
[0004]
As such a wafer support member, for example, JP-A-2001-135684, JP-A-2001-203156, JP-A-2001-313249, and JP-A-2002-76102 disclose a wafer as shown in FIG. Support members have been proposed.
[0005]
The wafer support member 71 includes a plate-shaped ceramic body 72 and a metal case 79 as main components, and nitride ceramics or carbide is formed in an opening of a bottomed metal case 79 made of a metal such as aluminum. A plate-shaped ceramic body 72 made of ceramics is fixed with a bolt 80 via a heat insulating connecting member 74 made of a resin, and the upper surface thereof serves as a mounting surface 73 on which the wafer W is placed, and the lower surface of the plate-shaped ceramic body 72 For example, a concentric resistance heating element 75 as shown in FIG. 6 is provided.
[0006]
Furthermore, a power supply terminal 77 is brazed to the terminal portion of the resistance heating element 75, and the power supply terminal 77 is inserted into a lead wire drawing hole 76 formed in the bottom 79 a of the metal case 79. 78 to be electrically connected.
[0007]
Then, the refrigerant is sent from the nozzle 82 into the space surrounded by the plate-like ceramic body 72 and the metal case, circulated, and discharged from the discharge port 83 to cool the plate-like ceramic body 72.
[0008]
By the way, in such a wafer support member 71, it is important to form a uniform film over the entire surface of the wafer W and to make the temperature distribution of the wafer uniform in order to make the heat reaction state of the resist film uniform. At the same time, there is a demand for a short transition time when heating / cooling the wafer and a uniform temperature during the transition. Furthermore, in order to change the heating temperature of the wafer, it is necessary to change the set temperature of the wafer support member 71, and it is necessary to raise the temperature of the wafer support member 71 in a short time or to cool it down.
[0009]
In JP-A-2002-83848, as shown in FIG. 5, when the surface roughness of the bottom 79a of the metal case 79 is a certain value or less, there is no turbulence in the airflow at the interface with the bottom 79a, and the temperature rise efficiency And cooling efficiency is improved.
[0010]
In Japanese Patent Laid-Open No. 2002-1000046, the heat capacity of the wafer support member is set to 5000 J / K or less to increase the heating rate and cooling rate of the wafer. However, the heat capacity of the metal case 79 is as large as 3.3 times the heat capacity of the plate-like ceramic body 73, and the ratio S / V between the surface area S of the metal case 79 and the volume V of the metal case 79 is 5 (1 / cooling time was long.
[0011]
However, in all cases, the time for changing the set heating temperature of the wafer is long, and a wafer support member capable of changing the temperature in a short time has been demanded.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the size of wafers has been increasing in order to improve production efficiency, but the semiconductor elements themselves have also diversified. Manufacturing with large-sized wafers does not necessarily lead to improvement in production efficiency. Therefore, an apparatus that can cope with the wafer size and heat treatment conditions is desired.
[0013]
Furthermore, in chemically amplified resists that have begun to be used with the miniaturization of semiconductor device wiring, the wafer temperature is not only uniform, but also from the moment the wafer is placed on the wafer support member until the heat treatment is completed. The transient temperature history is also very important, and it is desired that the wafer temperature be stabilized uniformly within about 60 seconds immediately after the wafer is placed.
[0014]
In particular, there is a problem that when the wafer W is replaced on the plate-like ceramic body 72, the time until the temperature stabilizes and the temperature variation in the wafer surface is large.
[0015]
However, in the wafer support member introduced in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-64133, a plate-like ceramic body made of aluminum nitride having a diameter of 210 mm and a metal case of 0.35 to 0.81 kg and its accessories 0.43 to 2 are used. .91 kg. Moreover, it comprised from 0.73-1.51kg metal case and its accessory 0.77-6.29kg to the aluminum nitride of diameter 320mm. However, these wafer support members have a problem that a rapid temperature rise and cooling time of the wafer is long and insufficient, and a transient temperature difference in the wafer surface is large.
[0016]
Further, in the wafer support member described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-83848, the surface of the bottom surface 79a of the metal case 79 is used to circulate and cool the coolant in the space surrounded by the plate-like ceramic body 73 and the metal case 79 shown in FIG. The roughness Ra is set to 20 μm or less to eliminate the turbulence of the airflow and increase the cooling efficiency. However, the range of the airflow from the gas nozzle is limited and only partially cooled. There was a problem of becoming larger.
[0017]
Furthermore, in the wafer support member described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-100462, the heat capacity is set to 5000 J / K or less to improve the temperature rise characteristic and the cooling characteristic, but there is a problem that the temperature difference in the wafer surface is large. there were.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the above-mentioned problems, the present inventors have found a wafer support member having a resistance heating element on one main surface of a plate-like ceramic body and a mounting surface on which the wafer is placed on the other main surface. A power supply section for supplying power to the resistance heating element, a metal case surrounding the power supply section, and a nozzle for cooling the plate-like ceramic body in the metal case. It is characterized by being 0.5 to 3.0 times the heat capacity of the ceramic body.
[0019]
The surface area S (cm of the metal case) 2 ) And the volume V (cm) of the metal case 3 ) And the ratio S / V is 5 to 50 (1 / cm).
[0020]
The resistance heating element located on the outer periphery of the plate-like ceramic body has a concentric arc-shaped pattern, and the diameter of the circumscribed circle of the resistance heating element is 90 to 99% of the diameter of the plate-like ceramic body. It is characterized by being.
[0021]
Further, the wafer support member includes a contact member that supports a peripheral portion of the plate-like ceramic body in a ring shape and connects to the metal case.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0023]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer support member 1 according to the present invention. One main surface of a plate-like ceramic body 2 made of ceramics mainly composed of silicon carbide or aluminum nitride is mounted on a wafer W. In addition to the mounting surface 3, a resistance heating element 5 is formed on the other main surface, and a power feeding unit 6 electrically connected to the resistance heating element 5 is provided. A power feeding terminal 11 is connected to the power feeding unit 6. . A metal case 19 surrounding these power feeding portions 6 is fixed to the peripheral portion of the other main surface of the plate-like ceramic body 2 via a connecting member 17.
[0024]
The bottom surface 21 of the metal case is provided with a gas injection nozzle 24 for projecting a cooling gas, and the cooling gas injected from the gas injection nozzle 24 is poured onto the lower surface of the plate-like ceramic body 2 to form a plate shape. The plate-like ceramic body 2 is deprived of heat from the lower surface of the ceramic body 2 and discharged from the opening 23 of the bottom surface 21 of the metal case 19 while the heated cooling gas is conducted to the enclosed metal case 19. Can be cooled rapidly.
[0025]
In particular, the cooling gas sprayed from the plurality of nozzles 24 is sprayed to the lower surface of the plate-shaped ceramic body 2 at a large gas flow rate, and a part of the plate-shaped ceramic body 2 is rapidly cooled, and a part of the plate-shaped ceramic body 2 is The cooling region is spread over the whole of the plate-like ceramic body 2 by the heat conduction of the plate-like ceramic body 2 and is cooled.
[0026]
Further, the wafer lift pins 25 can move the wafer W up and down through the holes penetrating the plate-like ceramic body 2 to place or drop the wafer W on the mounting surface 3. Then, the power supply terminal 11 is connected to the power supply unit 6 and electric power is supplied from the outside, and the temperature W of the plate ceramic body 2 can be heated by the temperature measuring element 27 to heat the wafer W.
[0027]
The wafer W is held in a state of being lifted from the mounting surface 3 by the wafer support pins 8 so as to prevent temperature variations due to contact of the wafer W or the like.
[0028]
The resistance heating element 5 is formed with a power feeding portion 6 made of a material such as gold, silver, palladium, platinum or the like, and the power feeding terminal 11 is brought into contact with the power feeding portion 6 to ensure conduction. As long as the power supply terminal 11 and the power supply unit 6 are a method that can ensure conduction, a method such as soldering or brazing may be used.
[0029]
The wafer support member 1 of the present invention includes a nozzle 24 for cooling the plate-like ceramic body 2 in the metal case 19, and the heat capacity of the metal case 19 is 0.5 to 3 of the heat capacity of the plate-like ceramic body 2. .0 times.
[0030]
When the heat capacity of the metal case 19 is less than 0.5 times the heat capacity of the plate-like ceramic body 2, the cooling gas injected from the nozzle 24 hits the plate-like ceramic body 2 and takes the heat of the plate-like ceramic body 2 to be heated. Heat is not efficiently absorbed by the metal case 19 and the heat of the plate-like ceramic body 2 cannot be sufficiently transmitted. Therefore, the effect of lowering the temperature of the plate-like ceramic body 2 is small.
[0031]
If the heat capacity of the metal case 19 exceeds 3.0 times the heat capacity of the plate-like ceramic body 2, the heat capacity of the metal case 19 is too large, so that the heat of the plate-like ceramic body 2 is transmitted to the metal case 19 via the cooling gas. However, when the plate-like ceramic body 2 is heated, there is a possibility that the radiant heat from the plate-like ceramic body 2 is excessively transmitted to the metal case 19 and the heating rate is reduced even if the plate-like ceramic body 2 is heated. there were. Preferably, the heat capacity of the metal case 19 is 0.7 to 1.2 times, more preferably 0.9 to 1.2 times that of the plate-like ceramic body 2. By setting the heat capacity in such a range, the heat of the plate-like ceramic body 2 is transmitted to the metal case 19 via the cooling gas injected from the nozzle 24 and efficiently discharged to the outside. In particular, if the heat capacity of the metal case is close to the heat capacity of the plate-like ceramic body 2, approximately half of the heat of the plate-like ceramic body 2 is transferred to the metal case and dissipated from the outer surface of the metal case, so that the temperature of the plate-like ceramic body 2 is increased. I found it easy to go down. And since the heat of the heated plate-shaped ceramic body 2 can be efficiently removed, the temperature of the plate-shaped ceramic body 2 can be drastically lowered and the plate-shaped ceramic body 2 is heated by the resistance heating element 5. The temperature can be increased rapidly and efficiently.
[0032]
In order to change the magnification of the heat capacity of the plate-like ceramic body 2 with respect to the heat capacity of the metal case 19, it is preferable to adjust by changing the heat capacity of the metal case 19. The reason is that in the plate-like ceramic body 2 made of silicon nitride or aluminum nitride having the same size, the heat capacity of aluminum nitride is about several to 10% larger than that of silicon carbide. Since the thickness is substantially the same, the heat capacity of the plate-like ceramic body 2 cannot be changed greatly. However, it is because the metal case 19 can be adjusted to a suitable heat capacity by adjusting the thickness of the metal plate 19 or the depth of the metal case 19 or changing the material.
[0033]
Further, in order to shorten the heating time and cooling time of the wafer support member 1, the surface area S (cm of the metal case 19). 2 ) And the volume V (cm) of the metal case 19 3 It was found that the ratio S / V to 5) to 50 (1 / cm) is preferable because the plate-like ceramic body 2 can be heated or cooled more efficiently.
[0034]
When the ratio S / V is less than 5 (1 / cm), since the ratio of the surface area S to the volume V of the metal case 19 is small, the heat absorbed from the surface of the metal case 19 is dissipated out of the metal case 19. Efficiency is low, and heat tends to remain in the metal case 19. This is because when the plate-like ceramic body 2 is heated, the radiant heat is easily absorbed by the metal case 19 and it is difficult to quickly raise the temperature of the plate-like ceramic body 2.
[0035]
When the ratio S / V exceeds 50 (1 / cm), the cooling gas sprayed from the nozzle 24 and deprived of heat by the plate-like ceramic body 2 is not efficiently cooled by the metal case 19, and the heat of the cooling gas is reduced to the metal case. 19, the temperature of the metal case 19 suddenly rises and the heat of the plate-like ceramic body 2 cannot be efficiently cooled, so there is a possibility that the cooling time until the overall temperature of the plate-like ceramic body 2 is lowered increases. .
[0036]
The ratio S / V was preferably 11 to 20 (1 / cm), and more preferably 13 to 15 (1 / cm).
[0037]
A specific method for adjusting the ratio S / V to be within the above range will be described. Generally, when the metal plate thickness of the metal case 19 is increased, the S / V is decreased. Preferably, the side wall thickness of the metal case 19 is 0.5 to 3 mm, and the thickness of the bottom plate is 1 to 5 mm. More preferably, the thickness of the side wall is 0.5 to 2 mm and the thickness of the bottom plate is 1 to 3 mm. Further, by providing irregularities on the outer periphery of the metal case 19 and enlarging the surface of the metal case 19, the ratio S / V can be adjusted to be within the above-mentioned preferable range.
[0038]
Here, the metal case 19 indicates a metal part whose outer surface is made of metal except for the plate-like ceramic body 2 and the connection member 17 among the parts forming the outer surface of the wafer support member 1.
[0039]
Further, the cooling gas sprayed from the nozzle 24 hits the lower surface of the plate-like ceramic body 2 and spreads radially along the lower surface of the plate-like ceramic body 2 and collides with the metal case 19 or a member attached to the metal case 19 to make a course. The changed metal case 19 is discharged to the outside of the wafer support member 1 through the discharge hole 23 on the lower surface 21. And the said cooling gas takes the heat | fever of the plate-shaped ceramic body 2, transfers one part heat to the metal case 19, and cooling gas is discharged | emitted. A part of the heat of the plate-like ceramic body 2 transmitted to the metal case 19 is efficiently dissipated from the outside of the metal case 19. The cooling gas sprayed from the nozzle 24 can efficiently take the heat of the plate-like ceramic body 2 by strongly colliding with the lower surface of the plate-like ceramic body, and the heated cooling gas gives heat to the metal case 19. Although it is discharged while being transmitted, in order to increase the flow rate of the cooling gas injected from the nozzle 24 and efficiently discharge it, 1000 to 3200 times the total area S1 of the openings 24a of the plurality of nozzles 24 attached. It is preferable to have the discharge hole 23 provided with the area S.
[0040]
When the area of S2 is 1000 times or less of the total area S1 of the opening 24a of the nozzle 24, the discharge hole 23 is small, so that the protruding amount of the cooling gas injected from the nozzle 24 is reduced and the plate-like ceramic body 2 is cooled. The efficiency is reduced, which is not preferable.
[0041]
Further, when the area of S2 exceeds 3200 times the total area S1 of the opening 24a of the nozzle 24, the amount of heat of the cooling gas heated by the plate-like ceramic body 2 is reduced to the metal case 19, The effect of cooling the plate-like ceramic body 2 is reduced.
[0042]
Therefore, when the discharge hole 23 has an area S2 that is 1000 to 3200 times the total area S1 of the opening 24a of the nozzle 24, the cooling gas is efficiently applied to the plate-like ceramic body 2, and the plate-like ceramic body 2 The cooling gas can be circulated through the space surrounded by the metal case 19 and discharged from the discharge hole 23. Preferably, S2 is 1500 to 2500 times S1. More preferably, it is 1700-2300 times.
[0043]
Furthermore, when the cooling gas is allowed to flow as described above, the pressure difference P between the space surrounded by the metal case 19 and the plate-like ceramic body 2 and the external space can be set to 50 to 13 kPa, so that excellent cooling characteristics are obtained. It is done.
[0044]
When the pressure difference P is 50 Pa or less, the flow rate of the cooling gas is small and the plate-like ceramic body 2 cannot be cooled in a short time.
[0045]
When the pressure difference P exceeds 13 kPa, the internal pressure increases and the space surrounded by the plate-shaped ceramic body 2 and the metal case expands and the volume increases, and the position of the plate-shaped ceramic body and the metal case 19 shifts to form the plate-shaped ceramic body 2. There is a possibility that the temperature distribution of the mounted wafer may change.
[0046]
Preferably, the pressure difference P is 100 Pa to 1 kPa, more preferably 200 Pa to 500 Pa.
[0047]
Moreover, the pattern of the resistance heating element 5 of the present invention has a folding pattern shown in FIG. 2, and the resistance heating element shown in FIG. 3 shows an example in which these folding patterns are spiral. Moreover, the pattern which compounded these patterns may be sufficient.
[0048]
Further, the wafer support member 1 of the present invention is a wafer support member 1 having a resistance heating element 5 on one main surface of a plate-like ceramic body 2, as shown in FIG. It is preferable that the resistance heating element 5 located in the portion is composed of a concentric arc-shaped pattern 51 and a connection pattern 52 continuously connected to these at a portion far from the center of the plate-like ceramic body 2. The power supply unit 6 that supplies power to the resistance heating element 5 and a metal case 19 that surrounds the power supply unit 6 are provided with a wafer heating surface on the other main surface of the plate-like ceramic body 2, and the other main surface. It is preferable that the diameter D of the circumscribed circle C of the resistance heating element 5 is 90 to 99% of the diameter DP of the plate-like ceramic body 2 when viewed from a projection plane parallel to the surface.
[0049]
If the diameter D of the circumscribed circle C of the resistance heating element 5 is smaller than 90% of the diameter DP of the plate-like ceramic body 2, the time for rapidly increasing or decreasing the temperature of the wafer increases and the temperature response characteristic of the wafer W is increased. Inferior. In order to uniformly heat the surface temperature of the wafer W so as not to lower the temperature at the periphery of the wafer W, the diameter D is preferably about 1.02 times the diameter of the wafer W. On the other hand, the diameter DP of the plate-shaped ceramic body 2 is increased, and the size of the wafer W that can be uniformly heated is smaller than the diameter DP of the plate-shaped ceramic body 2. The heating efficiency for heating the is deteriorated. Furthermore, since the plate-like ceramic body 2 becomes large, the installation area of the wafer manufacturing apparatus becomes large, which is not preferable because the operating rate with respect to the installation area of the semiconductor manufacturing apparatus that needs to perform the maximum production with the minimum installation area is lowered.
[0050]
When the diameter D of the circumscribed circle C of the resistance heating element 5 is larger than 99% of the diameter DP of the plate-like ceramic body 2, the distance between the contact member 17 and the outer periphery of the resistance heating element 5 is small, and heat is generated from the outer periphery of the resistance heating element 5. Flows non-uniformly to the contact member 17, and in particular, heat flows from a portion where the arc-shaped pattern 51 in contact with the circumscribed circle C of the outer peripheral portion does not exist, and the arc-shaped pattern 51 of the outer peripheral portion is the central portion of the plate-like ceramic body 2 Since it bends, the temperature of the portion P where the arc-shaped pattern 51 is missing along the circumscribed circle C surrounding the resistance heating element 5 may be lowered, and the in-plane temperature difference of the wafer W may be increased. More preferably, the diameter D of the circumscribed circle C of the resistance heating element 5 is 92 to 97% of the diameter DP of the plate-like ceramic body 2.
[0051]
In addition, as shown in FIG. 1, when the plate-shaped ceramic body 2 and the metal case 19 have substantially the same outer shape and the metal case 19 supports the plate-shaped ceramic body 2 from below, the temperature difference in the surface of the wafer W is reduced. The diameter D of the circumscribed circle C of the resistance heating element 5 is 92 to 95%, more preferably 93 to 95% of the diameter DP of the plate-like ceramic body 2.
[0052]
On the other hand, when the metal case is connected so as to cover the outer peripheral surface of the plate-like ceramic body 2 as shown in FIG. 4, the diameter D of the circumscribed circle C of the resistance heating element 5 is equal to the diameter DP of the plate-like ceramic body 2. 95-98% is preferable, More preferably, it is 96-97%.
[0053]
The plate-shaped ceramic body 2 has a ring-shaped contact member so that the bolt 16 passes through the outer periphery of the opening of the bottomed metal case 19 so that the plate-shaped ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 do not directly contact each other. 17 is interposed, and an elastic body 18 is interposed from the bottomed metal case 19 side, and a nut 20 is screwed to be elastically fixed. Thereby, even if the bottomed metal case 19 is deformed when the temperature of the plate-like ceramic body 2 fluctuates, the elastic body 18 absorbs this, thereby suppressing the warp of the plate-like ceramic body 2, It is possible to prevent temperature variations due to warpage of the plate-shaped ceramic body 2 from occurring on the wafer surface.
[0054]
The cross-section of the ring-shaped contact member 17 may be either polygonal or circular. However, when the plate-shaped ceramic body 2 and the contact member 17 are in contact with each other in a plane, the contact portion of the plate-shaped ceramic body 2 and the contact member 17 is in contact. If the width is 0.1 mm to 13 mm, the amount of heat of the plate-like ceramic body 2 flowing through the contact member 17 to the bottomed metal case 19 can be reduced. And the temperature difference in the surface of the wafer W is small, and the wafer W can be heated uniformly. More preferably, it is 0.1-8 mm. If the width of the contact portion of the contact member 17 is 0.1 mm or less, the contact portion may be deformed when the contact is fixed to the plate-like ceramic body 2, and the contact member may be damaged. Further, when the width of the contact portion of the contact member 17 exceeds 13 mm, the heat of the plate-like ceramic body 2 flows to the contact member, the temperature of the peripheral portion of the plate-like ceramic body 2 is lowered, and the wafer W is heated uniformly. It becomes difficult to do. Preferably, the width of the contact portion between the contact member 17 and the plate-like ceramic body 2 is 0.1 mm to 8 mm, more preferably 0.1 to 2 mm.
[0055]
Further, the thermal conductivity of the contact member 17 is preferably smaller than the thermal conductivity of the plate-like ceramic body 2. If the thermal conductivity of the contact member 17 is smaller than the thermal conductivity of the plate-like ceramic body 2, the temperature distribution in the wafer W surface placed on the plate-like ceramic body 2 can be heated uniformly, and the plate-like ceramic body 2. When the temperature is raised or lowered, the amount of heat transferred to the contact member 17 is small, and there is little thermal interference with the bottomed metal case 19, so that it is easy to change the temperature quickly.
[0056]
In the wafer support member 1 in which the thermal conductivity of the contact member 17 is smaller than 10% of the thermal conductivity of the plate-like ceramic body 2, it is difficult for the heat of the plate-like ceramic body 2 to flow into the bottomed metal case 19. The heat from 2 to the bottomed metal case 19 flows due to heat transfer by atmospheric gas (air in this case) or radiation heat transfer, and the effect is small.
[0057]
When the thermal conductivity of the contact member 17 is higher than the thermal conductivity of the plate-like ceramic body 2, the heat around the plate-like ceramic body 2 flows to the bottomed metal case 19 via the contact member 17 and is present. While heating the bottom metal case 19, the temperature of the peripheral part of the plate-shaped ceramic body 2 falls, and the temperature difference in the wafer W surface becomes large, which is not preferable. In addition, since the bottomed metal case 19 is heated, even if it is attempted to cool the plate-like ceramic body 2 by injecting air from the gas injection nozzle 24, the cooling time is high because the temperature of the bottomed metal case 19 is high. There is a risk that the time until the temperature becomes constant or when the temperature increases to a constant temperature when heated to a constant temperature may be increased.
[0058]
On the other hand, as a material constituting the contact member 17, the Young's modulus of the contact member is preferably 1 GPa or more, and more preferably 10 GPa or more in order to hold a small contact portion. By setting such a Young's modulus, the width of the contact portion is as small as 0.1 mm to 8 mm, and the plate-like ceramic body 2 is fixed to the bottomed metal case 19 with the bolt 16 via the contact member 17, The contact member 17 is not deformed, and the plate-shaped ceramic body 2 can be held with high accuracy without being displaced or changing in parallelism.
[0059]
In addition, the precision which cannot be obtained with the contact member which consists of resin which added fluororesin and glass fiber like Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-313249 can be achieved.
[0060]
As the material of the contact member 17, metals such as carbon steel made of iron and carbon and special steel added with nickel, manganese, and chromium are preferable because of their large Young's modulus. Further, as the material having a low thermal conductivity, so-called kovar of stainless steel or Fe—Ni—Co alloy is preferable, and the material of the contact member 17 is selected so as to be smaller than the thermal conductivity of the plate-like ceramic body 2. Is preferred.
[0061]
Furthermore, since the contact portion between the contact member 17 and the plate-like ceramic body 2 is small, and even if the contact portion is small, the contact portion is not liable to be lost and particles can be generated. The cross section of the contact member 17 cut at a plane perpendicular to the body 2 is preferably circular rather than polygonal. When a circular wire having a cross section diameter of 1 mm or less is used as the contact member 17, the plate-like ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 are used. It is possible to raise and lower the temperature of the wafer W evenly and quickly without changing the position of the wafer W.
[0062]
A more detailed configuration will be described.
[0063]
The wafer supporting member according to the present invention has a mounting surface 3 on which one main surface of the plate-like ceramic body 2 having a plate thickness t of 1 to 7 mm and a Young's modulus of 100 to 200 ° C. of 200 to 450 MPa is placed. In addition, a resistance heating element 5 is formed on the other main surface, and a power feeding unit 6 electrically connected to the resistance heating element 5 is provided.
[0064]
As the material of the plate-like ceramic body 2 having a Young's modulus of 100 to 200 ° C. of 200 to 450 MPa, alumina, silicon nitride, sialon, and aluminum nitride can be used. Of these, aluminum nitride is particularly 50 W / (m · K). In addition to having a high thermal conductivity of 100 W / (m · K) or more, and having excellent corrosion resistance and plasma resistance to corrosive gases such as fluorine and chlorine, the plate-like ceramic body 2 It is suitable as the material.
[0065]
The thickness of the plate-like ceramic body 2 is more preferably 2 to 5 mm. When the thickness of the plate-like ceramic body 2 is less than 2 mm, the strength of the plate-like ceramic body 2 is lost and when the resistance heating element 5 is heated by heating, when cooling air is blown from the nozzles 24 for gas injection, This is because the plate-like ceramic body 2 may not be able to withstand this thermal stress and cracks may occur. On the other hand, if the thickness of the plate-like ceramic body 2 exceeds 5 mm, the heat capacity of the plate-like ceramic body 2 increases, so that there is a possibility that the time until the temperature at the time of heating and cooling becomes stable becomes longer.
[0066]
Next, the bottomed metal case 19 has a side wall portion 22 and a bottom surface 21, and the plate-like ceramic body 2 is installed so as to cover the opening of the bottomed metal case 19. Further, the bottomed metal case 19 is provided with a hole 23 for discharging a cooling gas, and a power supply terminal for conducting to a power supply portion 6 for supplying power to the resistance heating element 5 of the plate-like ceramic body 2. 11. A nozzle 24 for gas injection for cooling the plate-like ceramic body 2 and a thermocouple 27 for measuring the temperature of the plate-like ceramic body 2 are installed.
[0067]
The depth of the bottomed metal case 19 is 10 to 50 mm, and the bottom surface 21 is preferably installed at a distance of 10 to 50 mm from the plate-like ceramic body 2. More preferably, it is 20-30 mm. This is because heat equalization of the mounting surface 3 is facilitated by radiant heat between the plate-like ceramic body 2 and the bottomed metal case 19, and at the same time, there is a heat insulation effect from the outside, so the temperature of the mounting surface 3 is constant. This is because the time until the temperature becomes uniform is shortened.
[0068]
Then, work such as placing the wafer W on the placement surface 3 or lifting it from the placement surface 3 is performed by lift pins 25 installed in the bottomed metal case 19 so as to be movable up and down. The wafer W is held in a state of being lifted from the mounting surface 3 by the wafer support pins 8 so as to prevent temperature variation due to contact with each other.
[0069]
Further, in order to heat the wafer W by the wafer heating apparatus 1, the lift pin 25 is lowered after the wafer W carried to the upper side of the mounting surface 3 by the transfer arm (not shown) is supported by the lift pin 25. The wafer W is then placed on the placement surface 3.
[0070]
Next, when the wafer support member 1 is used for forming a resist film, if the main component of the plate-like ceramic body 2 is silicon carbide, it does not react with moisture in the atmosphere and does not generate gas. Even when the resist film is applied to the wafer W, fine wirings can be formed at a high density without adversely affecting the structure of the resist film. At this time, it is necessary that the sintering aid does not contain nitrides that may react with water to form ammonia or amines.
[0071]
In the silicon carbide sintered body forming the plate-like ceramic body 2, boron (B) and carbon (C) are added as sintering aids to the main component silicon carbide, or alumina (Al 2 O 3 ) Yttria (Y 2 O 3 It is obtained by adding a metal oxide such as), mixing well, processing into a flat plate, and firing at 1900-2100 ° C. Silicon carbide may be either mainly α-type or β-type.
[0072]
On the other hand, when the silicon carbide sintered body is used as the plate-like ceramic body 2, glass or resin is used as an insulating layer for maintaining insulation between the plate-like ceramic body 2 having semiconductivity and the resistance heating element 5. When glass is used, if the thickness is less than 100 μm, the withstand voltage is less than 1.5 kV and the insulation cannot be maintained. Conversely, if the thickness exceeds 400 μm, the plate-like ceramic body 2 is formed. Since the thermal expansion difference between the silicon carbide sintered body and the aluminum nitride sintered body becomes too large, cracks are generated and the insulating layer does not function. Therefore, when glass is used as the insulating layer, the thickness of the insulating layer 4 is preferably formed in the range of 100 to 400 μm, and desirably in the range of 200 μm to 350 μm.
[0073]
Furthermore, the main surface opposite to the mounting surface 3 of the plate-shaped ceramic body 2 has a flatness of 20 μm or less and a surface roughness of the center line average roughness from the viewpoint of improving the adhesion with the insulating layer 4 made of glass or resin. The thickness (Ra) is preferably polished to 0.1 μm to 0.5 μm.
[0074]
Further, when the plate-like ceramic body 2 is formed of a sintered body mainly composed of aluminum nitride, Y is used as a sintering aid for the main component aluminum nitride. 2 O 3 And Yb 2 O 3 It is obtained by adding rare earth element oxides such as CaO and alkaline earth metal oxides such as CaO as necessary and mixing them well, processing them into a flat plate, and then firing them in nitrogen gas at 1800-2100 ° C. In order to improve the adhesion of the resistance heating element 5 to the plate-like ceramic body 2, an insulating layer made of glass may be formed. However, when sufficient glass is added in the resistance heating element 5 and sufficient adhesion strength can be obtained by this, it can be omitted.
[0075]
The glass forming this insulating layer may be crystalline or amorphous, and has a heat-resistant temperature of 200 ° C. or higher and a thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C. to 200 ° C. -5 to +5 x 10 for the thermal expansion coefficient of the ceramics -7 It is preferable to select and use one in the range of / ° C. That is, if a glass whose thermal expansion coefficient is out of the above range is used, the difference in thermal expansion from the ceramic forming the plate-like ceramic body 2 becomes too large, so that defects such as cracks and delamination occur during cooling after baking the glass. It is because it is easy to occur.
[0076]
In addition, as a means for depositing an insulating layer made of glass on the plate-like ceramic body 2, an appropriate amount of the glass paste is dropped on the center of the plate-like ceramic body 2, and is spread and applied uniformly by a spin coating method. Alternatively, the glass paste may be baked at a temperature of 600 ° C. or higher after being uniformly applied by a screen printing method, a dipping method, a spray coating method, or the like. When glass is used as the insulating layer, the surface of the plate-like ceramic body 2 made of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body is heated to a temperature of about 850 to 1300 ° C. to deposit the insulating layer. By subjecting to an oxidation treatment, adhesion to an insulating layer made of glass can be enhanced.
[0077]
The pattern of the resistance heating element 5 of the present invention is divided into a plurality of blocks as shown in FIG. 2 and FIG. 3, and each block is a spiral or zigzag fold consisting of an arc-shaped pattern and a linear pattern. Since the shape of the wafer support member 1 of the present invention is important to uniformly heat the wafer W, it is preferable that the density of each part of the strip-like resistance heating element 5 is uniform in these pattern shapes. . However, in the resistance heating element pattern in which a portion where the resistance heating elements 25 are closely spaced and a rough portion appear alternately in the radial direction from the center of the plate-like ceramic body 22 as shown in FIG. The surface temperature of the wafer W corresponding to is small, the temperature of the wafer W corresponding to the dense portion is large, and the entire surface of the wafer W cannot be heated uniformly, which is not preferable.
[0078]
Further, when the resistance heating element 5 is divided into a plurality of blocks, it is preferable to uniformly heat the wafer W on the mounting surface 3 by independently controlling the temperature of each block.
[0079]
The resistance heating element 5 is obtained by printing and baking an electrode paste containing glass frit or metal oxide on conductive metal particles on the plate-like ceramic body 2 by a printing method. As the metal particles, Au, Ag, Cu, It is preferable to use at least one metal of Pd, Pt, and Rh, and the glass frit is made of an oxide containing B, Si, and Zn, and is 4.5 × 10 4 smaller than the thermal expansion coefficient of the plate-like ceramic body 2. -6 It is preferable to use low-expansion glass at / ° C. or lower, and it is preferable to use at least one selected from silicon oxide, boron oxide, alumina, and titania as the metal oxide.
[0080]
Here, the reason why at least one kind of metal of Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Rh is used as the metal particles forming the resistance heating element 5 is that the electric resistance is small.
[0081]
The glass frit forming the resistance heating element 5 is made of an oxide containing B, Si, and Zn, and the thermal expansion coefficient of the metal particles constituting the resistance heating element 5 is larger than the thermal expansion coefficient of the plate-like ceramic body 2. In order to make the thermal expansion coefficient of the resistance heating element 5 close to the thermal expansion coefficient of the plate-like ceramic body 2, 4.5 × 10 smaller than the thermal expansion coefficient of the plate-like ceramic body 2. -6 This is because it is preferable to use low expansion glass having a temperature of / ° C. or lower.
[0082]
In addition, as the metal oxide forming the resistance heating element 5, using at least one selected from silicon oxide, boron oxide, alumina, and titania has excellent adhesion to the metal particles in the resistance heating element 5, In addition, the thermal expansion coefficient is close to the thermal expansion coefficient of the plate-like ceramic body 2 and the adhesiveness with the plate-like ceramic body 2 is also excellent.
[0083]
However, if the content of the metal oxide exceeds 80% with respect to the resistance heating element 5, the adhesion with the plate-like ceramic body 2 is increased, but the resistance value of the resistance heating element 5 is not preferable. Therefore, the content of the metal oxide is preferably 60% or less.
[0084]
The resistance heating element 5 made of conductive metal particles and glass frit or metal oxide has a thermal expansion difference of 3.0 × 10 5 from the plate-like ceramic body 2. -6 It is preferable to use one that is / ° C or lower.
[0085]
That is, the difference in thermal expansion between the resistance heating element 5 and the plate-like ceramic body 2 is 0.1 × 10. -6 / ° C. is difficult in production, and conversely, the difference in thermal expansion between the resistance heating element 5 and the plate-like ceramic body 2 is 3.0 × 10. -6 If the temperature exceeds / ° C., when the resistance heating element 5 is heated, the mounting surface 3 side may be warped in a concave shape due to thermal stress acting between the plate-like ceramic body 2.
[0086]
Further, as the resistance heating element 5 material deposited on the insulating layer, a simple metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd) or the like is directly applied by a vapor deposition method or a plating method. The metal alone or rhenium oxide (Re 2 O 3 ), Lanthanum manganate (LaMnO) 3 ) And other conductive metal oxides or a paste in which the above metal material is dispersed in a resin paste or glass paste, printed in a predetermined pattern shape by screen printing or the like, and baked to obtain the conductive material. What is necessary is just to combine with the matrix which consists of resin or glass. When glass is used as the matrix, either crystallized glass or amorphous glass may be used, but crystallized glass is preferably used in order to suppress a change in resistance value due to thermal cycling.
[0087]
However, when silver (Ag) or copper (Cu) is used for the resistance heating element 5 material, migration may occur. In such a case, the same as the insulating layer is provided so as to cover the resistance heating element 5. What is necessary is just to coat | coat the coating layer which consists of material with the thickness of about 40-400 micrometers.
[0088]
Further, regarding a method of feeding power to the resistance heating element 5, the power feeding terminal 11 installed on the bottomed metal case 19 is pressed against the power feeding portion 6 formed on the surface of the plate-like ceramic body 2 by a spring (not shown). Secure the connection and supply power. This is because if the terminal portion made of metal is embedded in the plate-like ceramic body 2 having a thickness of 2 to 5 mm, the thermal uniformity is deteriorated due to the heat capacity of the terminal portion. Therefore, as in the present invention, the thermal stress due to the temperature difference between the plate-shaped ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 is reduced by pressing the power supply terminal 11 with a spring to ensure electrical connection. The electrical conduction can be maintained with high reliability. Further, an elastic conductor may be inserted as an intermediate layer in order to prevent the contact from becoming a point contact. This intermediate layer is effective by simply inserting a foil-like sheet. And it is preferable that the diameter by the side of the electric power feeding part 6 of the electric power feeding terminal 11 shall be 1.5-5 mm.
[0089]
Further, the temperature of the plate-like ceramic body 2 is measured by a thermocouple 27 whose tip is embedded in the plate-like ceramic body 2. As the thermocouple 27, it is preferable to use a sheath-type thermocouple 27 having an outer diameter of 0.8 mm or less from the viewpoint of responsiveness and workability of holding. In order to improve the reliability of temperature measurement, it is preferable that the tip of the thermocouple 27 has a hole formed in the plate-shaped ceramic body 2 and is fixed to the inner wall surface of the hole by a fixing member installed therein. . Similarly, it is also possible to perform temperature measurement by embedding a temperature measuring resistor such as a thermocouple of a wire or Pt.
[0090]
As shown in FIG. 4, a plurality of support pins 8 are provided on one main surface of the plate-like ceramic body 2, and the wafer W is placed at a certain distance from the one main surface of the plate-like ceramic body 2. You may make it hold | maintain.
[0091]
1 shows the wafer support member 1 having only the resistance heating element 5 on the other main surface 3 of the plate-like ceramic body 2, the present invention is provided between the main surface 3 and the resistance heating element 5. Needless to say, an electrode for electrostatic adsorption or plasma generation may be embedded.
[0092]
【Example】
(Example 1)
First, 1.0% by mass of yttrium oxide in terms of weight was added to the aluminum nitride powder, and further kneaded for 48 hours with a ball mill using isopropyl alcohol and urethane balls to produce an aluminum nitride slurry.
[0093]
Next, the aluminum nitride slurry was passed through 200 mesh to remove urethane balls and ball mill wall debris, and then dried at 120 ° C. for 24 hours in an explosion-proof dryer.
[0094]
Next, the obtained aluminum nitride powder was mixed with an acrylic binder and a solvent to produce an aluminum nitride slip, and a plurality of aluminum nitride green sheets were produced by a doctor blade method.
[0095]
A laminate was formed by laminating a plurality of obtained aluminum nitride green sheets.
[0096]
Thereafter, the laminate was degreased at a temperature of 500 ° C. for 5 hours in a non-oxidizing gas stream, and then fired at a temperature of 1900 ° C. for 5 hours in a non-oxidizing atmosphere to produce a plate-like ceramic body. .
[0097]
Then, the aluminum nitride sintered body is ground to produce a plurality of disk-shaped ceramic bodies 2 having a disk thickness of 3 mm and a diameter of 315 mm to 330 mm, and further penetrates three places evenly on a concentric circle of 60 mm from the center. A hole was formed. The through-hole diameter was 4 mm.
[0098]
Next, in order to deposit the resistance heating element 5 on the plate-like ceramic body 2, a conductor paste prepared by kneading Au powder and Pd powder as a conductive material and a glass paste added with a binder having the same composition as described above. Is printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method, heated to 150 ° C. to dry the organic solvent, further degreased at 550 ° C. for 30 minutes, and then baked at a temperature of 700 to 900 ° C. Thus, the resistance heating element 5 having a thickness of 50 μm was formed.
[0099]
The resistance heating element zone 4 is arranged in such a manner that a resistance heating element zone is formed in one circular shape having a diameter of 108 mm at the center, and an outer ring of 233 mm is divided into two equivalent resistance heating element zones on its outer side. A total of seven resistance heating element zones were formed by dividing an outer ring of 310 mm in outer diameter into four resistance heating element zones. And the sample which made the diameter of the circumscribed circle C of four resistance heating element zones of the outermost periphery 310 mm was produced. After that, the plate-like ceramic body 2 was manufactured by brazing and fixing the feeding portion 6 to the resistance heating element 5.
[0100]
In addition, the bottomed metal case was made of Al, Al alloy, copper, steel, and stainless steel, and a metal case was produced in which the thickness of the bottom surface of the case and the thickness constituting the side wall portion were changed. And the nozzle for gas injection, the thermocouple, and the conduction | electrical_connection terminal were attached to the bottom face of the metal case in the predetermined position. The distance from the bottom surface to the plate-shaped ceramic body was 20 to 50 mm.
[0101]
After that, a plate-shaped ceramic body is overlaid on the opening of the bottomed metal case, and a bolt is passed through the outer periphery thereof, so that the plate-shaped ceramic body and the bottomed metal case do not directly contact each other. A wafer support member was obtained by interposing a member and elastically fixing the member by screwing a nut through an elastic body from the contact member side.
[0102]
In addition, a wafer support member was manufactured with two structures, a support structure (1) for supporting the lower surface of the peripheral portion of the plate-shaped ceramic body and a support structure (2) for supporting the outer peripheral surface of the plate-shaped ceramic body. In the support structure (1), the diameter of the plate-like ceramic body is the same as the diameter of the metal case.
[0103]
The contact member 17 has a circular cross section and a ring shape. The size of the circular cross section was 1 mm in diameter. The material of the contact member was SUS304 or carbon steel. The prepared various wafer support members are sample Nos. 1-13.
[0104]
Evaluation of the produced wafer support member was performed using a temperature measuring wafer having a diameter of 300 mm in which temperature measuring resistors were embedded in 29 locations. A power supply is attached to each wafer support member, the wafer W is heated from 25 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes, the temperature of the wafer W is set to 200 ° C., and then the average temperature of the wafer W is 200 ° C. ± 0.5 ° C. The temperature of the wafer W when the temperature was in the range was measured, and the difference between the maximum value and the minimum value of the wafer W temperature was defined as the temperature difference during temperature increase. Further, the temperature was raised from 30 ° C. to 200 ° C. over 5 minutes and held for 5 minutes, and then the cooling gas was injected from the nozzle and the time until the average temperature of the wafer W reached 80 ° C. was measured and measured as the cooling time.
[0105]
Each result is as shown in Table 1.
[0106]
[Table 1]
Figure 2004079653
[0107]
Sample No. in which the heat capacity of the metal case of the wafer support member 1 of the present invention is 0.5 to 3 times the heat capacity of the plate-like ceramic body. 1, 3-7, and 9-13 showed that the temperature difference at the time of temperature increase was as small as 1.5 ° C. or less, and the cooling time was 300 seconds or less, indicating excellent characteristics.
[0108]
On the other hand, the sample No. 2 in which the heat capacity of the metal case is 0.2 times the heat capacity of the plate-like ceramic body. Although the cooling time of 2 was as short as 261 seconds, the temperature difference during temperature elevation was as large as 2.1 ° C.
[0109]
In addition, Sample No. in which the heat capacity of the metal case is 3.4 times the heat capacity of the plate-like ceramic body. No. 8 had a very large cooling time of 458 seconds, and the temperature difference at the time of temperature increase was as large as 2.5 ° C.
[0110]
Therefore, it has been found that the heat capacity of the metal case of the wafer support member 1 exhibits excellent characteristics when it is 0.5 to 3 times the heat capacity of the plate-like ceramic body.
[0111]
(Example 2)
A plate-like ceramic body is produced in the same manner as in Example 1, a metal case is produced using aluminum and stainless steel, and the ratio S / V between the surface area S of the metal case and the volume V of the metal case by changing the thickness of the metal case. The wafer support member was produced by changing the above.
[0112]
And it evaluated similarly to Example 1. FIG.
The results are shown in Table 2.
[0113]
[Table 2]
Figure 2004079653
[0114]
Sample No. with a ratio S / V of the surface area S of the metal case to the volume V of the metal case of 5 to 50 (1 / cm). 21 to 23 and 26 to 29 had a temperature difference of 1.5 ° C. or less when the temperature was raised, and the cooling time was preferably 280 seconds or less.
[0115]
Accordingly, it has been found that the ratio S / V between the surface area S of the metal case and the volume V of the metal case is preferably 5 to 50 (1 / cm).
[0116]
In addition, in the sample No. in which the ratio S / V between the surface area S of the metal case and the volume V of the metal case is 10 to 20 (1 / cm). 21 to 22 and 26 to 28 had a temperature difference of 1.3 ° C. or less when the temperature was raised, and the cooling time was preferably 268 seconds or less.
[0117]
Furthermore, sample No. whose ratio S / V of the surface area S of a metal case and the volume V of a metal case is 13-20 (1 / cm). In Nos. 27 and 28, the temperature difference at the time of temperature increase was 0.9 ° C. or less, and the cooling time was preferably 259 seconds or less.
[0118]
(Example 3)
A plate-like ceramic body was produced in the same manner as in Example 1. Then, the aluminum nitride sintered body is ground to produce a plurality of disk-shaped ceramic bodies 2 having a disk thickness of 3 mm and a diameter of 315 mm to 345 mm, and further penetrates three places evenly on a concentric circle of 60 mm from the center. A hole was formed. The through-hole diameter was 4 mm.
[0119]
Next, in order to deposit the resistance heating element 5 on the plate-like ceramic body 2, a conductor paste prepared by kneading Au powder and Pd powder as a conductive material and a glass paste added with a binder having the same composition as described above. Is printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method, heated to 150 ° C. to dry the organic solvent, further degreased at 550 ° C. for 30 minutes, and then baked at a temperature of 700 to 900 ° C. Thus, the resistance heating element 5 having a thickness of 50 μm was formed. The pattern of the resistance heating element 5 is divided into a circle and an annular shape radially from the central portion, a pattern is formed in one circular shape in the central portion, and a pattern is formed in two in the outer annular portion. A total of seven pattern configurations with four patterns in the outer annular portion were formed. Then, the diameter of the circumscribed circle of the resistance heating element to the diameter of the plate-shaped ceramic body was changed by changing the diameter of the plate-shaped ceramic body by setting the diameter of the circumscribed circle C of the outermost four patterns to 310 mm. After that, the plate-like ceramic body 2 was manufactured by brazing and fixing the feeding portion 6 to the resistance heating element 5.
[0120]
The bottom of the bottomed metal case has a thickness of 2.0 mm, the thickness of the metal case constituting the side wall is 1.0 mm, and a gas injection nozzle, a thermocouple, and a conduction terminal are provided at predetermined positions on the bottom. Attached to. The distance from the bottom surface to the plate-like ceramic body was 20 mm.
[0121]
After that, a plate-shaped ceramic body is overlaid on the opening of the bottomed metal case, and a bolt is passed through the outer periphery thereof, so that the plate-shaped ceramic body and the bottomed metal case do not directly contact each other. A wafer support member was obtained by interposing a member and elastically fixing the member by screwing a nut through an elastic body from the contact member side.
[0122]
In addition, a wafer support member was manufactured with two structures, a support structure (1) for supporting the lower surface of the peripheral portion of the plate-shaped ceramic body and a support structure (2) for supporting the outer peripheral surface of the plate-shaped ceramic body. In the support structure (1), the diameter of the plate-like ceramic body is the same as the diameter of the metal case.
[0123]
The contact member 17 has a circular cross section and a ring shape. The size of the circular cross section was 1 mm in diameter. The material of the contact member was SUS304 or carbon steel. The prepared various wafer support members are sample Nos. 31 to 39.
[0124]
The produced wafer support member was evaluated in the same manner as in Example 1. Each result is as shown in Table 3.
[0125]
[Table 3]
Figure 2004079653
[0126]
Sample No. in Table 3 In No. 31, the ratio of the circumscribed circle of the resistance heating element to the diameter of the plate-like ceramic body was as small as 85%, the temperature difference at the time of heating the wafer was slightly large at 1.5 ° C., and the cooling time was slightly large at 267 seconds.
[0127]
Sample No. In No. 39, the ratio of the circumscribed circle of the resistance heating element to the diameter of the plate-like ceramic body is 99.5%, the temperature difference at the time of heating the wafer is slightly large at 1.42 ° C., and the cooling time is also slightly large at 286 seconds. It was.
[0128]
In contrast, sample no. In 32-38, the ratio of the circumscribed circle of the resistance heating element to the diameter of the plate-shaped ceramic body is 90 to 99%, the temperature difference at the time of temperature increase is as small as 0.9 ° C. or less, and the cooling time is as small as 265 seconds or less. Excellent properties were shown.
[0129]
Therefore, it can be seen that 90 to 99% of the ratio of the circumscribed circle of the resistance heating element to the diameter of the plate-like ceramic body is an excellent wafer support member.
[0130]
Furthermore, in the support structure {circle around (1)} connected to the metal case via the contact member on the lower surface of the outer peripheral portion of the plate-like ceramic body, As shown in 34 to 35, the ratio of the circumscribed circle of the resistance heating element to the diameter of the plate-like ceramic body is 92 to 95%, the temperature difference when the wafer is heated is 0.75 ° C. or less, and the cooling time is 259 seconds. The following was better.
[0131]
Further, in the support structure (2) connected to the metal case and the contact member on the outer peripheral side surface of the plate-shaped ceramic body, the sample No. 36 and 37 have a temperature difference of 0.69 ° C. or less and a cooling time of 251 seconds or less, and the ratio of the circumscribed circle of the resistance heating element to the diameter of the plate-like ceramic body is 96% to 97%. It can be seen that it is more preferable.
[0132]
(Example 4)
A plate-like ceramic body was produced in the same process as in Example 1.
[0133]
Then, the aluminum nitride sintered body is ground to produce a plurality of disk-shaped ceramic bodies 2 having a disk thickness of 3 mm and an outer diameter of 330 mm, and three through holes are evenly formed on a concentric circle 60 mm from the center. Formed. The through-hole diameter was 4 mm.
[0134]
Next, in order to deposit the resistance heating element 5 on the plate-like ceramic body 2, a conductor paste prepared by kneading Au powder and Pd powder as a conductive material and a glass paste added with a binder having the same composition as described above. Is printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method, heated to 150 ° C. to dry the organic solvent, further degreased at 550 ° C. for 30 minutes, and then baked at a temperature of 700 to 900 ° C. Thus, the resistance heating element 5 having a thickness of 50 μm was formed. The resistance heating element 5 is divided into three in the diametrical direction, and the pattern is arranged in a total of 7 patterns, 1 pattern, 2 patterns, and 4 patterns from the center. After that, the plate-like ceramic body 2 was manufactured by fixing the power feeding portion 6 to the resistance heating element 5 with a conductive adhesive.
[0135]
The bottomed metal case 19 is made of aluminum having a diameter of 330 mm and a thickness of 2.0 mm forming the bottom surface 21 and a thickness of 1.0 mm forming the side wall portion 22. The pair 13 and the conduction terminal 11 were attached at predetermined positions. The distance from the bottom surface 21 to the plate-like ceramic body 2 was 20 mm. Thereafter, the plate-like ceramic body 2 is overlaid on the opening of the bottomed metal case 19, and the bolt 16 is passed through the outer periphery thereof so that the plate-like ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 do not directly contact each other. Then, the wafer support member 1 is obtained by elastically fixing the ring-shaped contact member 17 and screwing the nut 20 through the elastic member 18 from the contact member 17 side. The cross section of the contact member 17 is trapezoidal, and has a ring shape that supports the periphery of the plate-like ceramic body. The size of the trapezoidal cross section is 4 mm for the lower side and 2 mm for the upper side, 0.05 to 4 mm for the upper side, 15 mm for the lower side, 2 mm for the height, and 5 to 15 mm for the upper side for each wafer support member. Attached. The material of the contact member was SUS304 or carbon steel. The prepared various wafer support members are sample Nos. 51 to 57.
[0136]
And it evaluated similarly to Example 1. FIG. Each result is as shown in Table 1.
[0137]
[Table 4]
Figure 2004079653
[0138]
As can be seen from Table 4, sample no. 51, the contact part width between the contact member and the plate-like ceramic body was as small as 0.05 mm, and the response time and the temperature difference of the wafer were small, but particles that seemed to be generated from the edge of the contact member were generated during use. could not. Sample No. No. 57 had a contact member width of 15 mm and a wafer temperature difference as large as 1.5 ° C., and did not have the basic function of a wafer support member for uniformly heating the wafer.
[0139]
In contrast, sample no. Nos. 52 to 56 have a width of the contact portion between the contact member and the plate-like ceramic body in the range of 0.1 to 13 mm, the wafer temperature difference is 0.83 ° C. or less, and the cooling time is preferably as small as 60 seconds or less. The characteristics are shown.
[0140]
Therefore, it has been found that the width of the contact portion in contact with the plate-like ceramic body is preferably 0.1 to 13 mm in a cross section obtained by cutting the contact member along a plane perpendicular to the plate-like ceramic body. Furthermore, the width of the contact portion that contacts the plate-like ceramic body is preferably 0.1 to 8 mm, and the temperature difference during temperature rise is preferably 1.0 ° C. or less. Furthermore, when it is 0.1-2 mm, the temperature difference at the time of temperature rise is still more preferable at 0.7 degrees C or less.
[0141]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a wafer support member including a resistance heating element on one main surface of a plate-like ceramic body and a mounting surface on which the wafer is placed on the other main surface, A power supply unit that supplies power to the heating element, a metal case that surrounds the power supply unit, and a nozzle that cools the plate-like ceramic body in the metal case, and the heat capacity of the metal case is By setting it to 0.5 to 3.0 times the heat capacity, it is possible to provide a wafer support member having a short cooling time and a small temperature difference at the time of temperature rise.
[0142]
Further, when the ratio S / V between the surface area S of the metal case and the volume V of the metal case is 5 to 50 (1 / cm), a shorter cooling time can be obtained.
[0143]
The resistance heating element located on the outer periphery of the plate-like ceramic body has a concentric arc-shaped pattern, and the diameter of the circumscribed circle of the resistance heating element is 90 to 99% of the diameter of the plate-like ceramic body. More preferably.
[0144]
Moreover, the said wafer support member is provided with the contact member which supports the peripheral part of the said plate-shaped ceramic body in a ring shape, and connects with the said metal case, and the outstanding cooling characteristic and the temperature uniformity of a wafer are obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing a planar shape of a resistance heating element in the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a planar shape of a resistance heating element in the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
FIG. 6 is a schematic view showing a planar shape of a resistance heating element in a conventional wafer heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 71: Wafer support member
2, 72: Plate-shaped ceramic body
3, 73: Placement surface
5, 75: Resistance heating element
6: Feeder
8: Support pin
11, 77: Feeding terminal
12: Guide member
16: Bolt
17: Contact member
18: Elastic body
19, 79: Metal case
20: Nut
21: Bottom
23: Hole
24: Nozzle for gas injection
25: Wafer lift pin
26: Through hole
27: Thermocouple
28: Guide member
W: Semiconductor wafer

Claims (4)

板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの熱容量が、前記板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とするウェハ支持部材。A wafer support member provided with a resistance heating element on one main surface of the plate-shaped ceramic body, and a mounting surface on which the wafer is placed on the other main surface, a power supply unit for supplying power to the resistance heating element; A metal case surrounding the power supply unit; and a nozzle for cooling the plate-like ceramic body in the metal case, wherein the heat capacity of the metal case is 0.5 to 3.0 times the heat capacity of the plate-like ceramic body. There is provided a wafer support member. 板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの表面積Ｓ（ｃｍ２）と前記金属ケースの体積Ｖ（ｃｍ３）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることを特徴とするウェハ支持部材。A wafer support member provided with a resistance heating element on one main surface of the plate-like ceramic body, and a mounting surface on which the wafer is placed on the other main surface, a power feeding unit for supplying power to the resistance heating element; A ratio of the metal case surface area S (cm 2 ) to the metal case volume V (cm 3 ), comprising a metal case surrounding the power feeding portion and a nozzle for cooling the plate-like ceramic body in the metal case. A wafer support member having an S / V of 5 to 50 (1 / cm). 前記板状セラミックス体の外周部に位置する前記抵抗発熱体は同心円状の円弧状パターンを有し、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持部材。The resistance heating element located on the outer periphery of the plate-like ceramic body has a concentric arc-shaped pattern, and the diameter of the circumscribed circle of the resistance heating element is 90 to 99% of the diameter of the plate-like ceramic body. The wafer support member according to claim 1 or 2, wherein 前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記金属ケースと接続する接触部材を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウェハ支持部材。The wafer support member according to claim 1, further comprising a contact member that supports a peripheral portion of the plate-like ceramic body in a ring shape and connects to the metal case.
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