JP2004095689A

JP2004095689A - ウェハ加熱装置

Info

Publication number: JP2004095689A
Application number: JP2002252146A
Authority: JP
Inventors: Kyoji Uchiyama; 内山　京治
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】ウェハ加熱装置において、単にサーモスタットを配設する構造では、セラミックス基板３２の温度は４８０℃にも達してしまい、ウェハ加熱装置の破損、最悪の場合、火災発生の危険性等の問題があった。
【解決手段】セラミックス基板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面または内部に抵抗発熱体を有するとともに、前記セラミックス基板の温度を測温する測温手段と前記抵抗発熱体に電力を供給できる給電部を備え、過加熱を検知するためのサーモスタットを前記セラミックス基板から離間して配設し、前記サーモスタットの受熱面の面積を５０〜５００ｍｍ^２とする。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウエハを加熱するのに用いるウェハ加熱装置に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶基板あるいは回路基板等のウエハ上に半導体薄膜を生成したり、前記ウエハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウエハ（以下、ウエハと略す）を加熱するためにウエハ加熱装置が用いられている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、まとめて複数のウエハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウエハの大きさが８インチから１２インチと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、一枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる製法が近年実施されている。しかしながら、枚葉式にすると１回当たりの処理数が減少するため、ウエハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウエハ加熱装置に対して、ウエハの加熱時間の短縮、ウエハの装着・離脱の迅速化と同時に加熱温度精度の向上が要求されていた。
【０００４】
このうちウエハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、図３に示すような、窒化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックからなるセラミックス基板３２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３３とし、他方の主面には絶縁層３４を介して抵抗発熱体３５および給電部３６が設置され、さらに弾性体３８により導通端子３７が給電部３６に押圧固定された構造のウェハ加熱装置３１が用いられていた。そして、前記セラミックス基板３２は支持体４１にボルト４７により固定され、さらにセラミックス基板３２の内部には測温素子４０が挿入され、これによりセラミックス基板３２の温度を所定の温度に保つように、導通端子３７から抵抗発熱体３５に供給される電力を調節するシステムとなっていた。また、導通端子３７は、板状構造部４３に絶縁材３９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウェハ加熱装置３１の載置面３３には、凹部４５に挿入された支持ピン４４が設置されており、ウエハＷを載置面３３に載せた際にウエハＷが載置面３３から非接触となるようにしている。そして、該支持ピン４４上にレジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、抵抗発熱体３５を発熱させることにより、セラミックス基板３２を介して載置面３３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼付けしてウエハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
また、セラミックス基板３２を構成するセラミックス材料としては、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックが用いられていた。
【０００７】
また、特開２００１−２６７３８１号公報には、ウェハ加熱装置３１の過加熱防止のため、サーモスタットを配設することにより、電気回路を遮断し過加熱防止することが提案されている。このサーモスタットはセラミックス基板３２より０．１〜５ｍｍ離間して配設することが好ましいと記載され、また、上記のサーモスタットの受熱面の面積は特に規定されていないが、ウェハ加熱装置にクールスポットが発生しないように受熱面の面積は３０ｍｍ^２程度の極めて小さいものが一般的に使用されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなウェハ加熱装置において、単にサーモスタットをセラミックス基板３２から０．１〜５ｍｍ離間して配設するような構造では、特開２００１−２６７３８１号公報の実施例に示されているように、セラミックス基板３２の温度が４８０℃以上でサーモスタットが作動し、作動温度が高過ぎることからウェハ加熱装置の破損による故障や、最悪の場合、火災発生の危険性等の問題があった。
【０００９】
また、サーモスタットの上面とセラミックス基板３２の間が０．１〜５ｍｍと小さく、サーモスタットへセラミックス基板３２の熱が伝わりセラミックス基板３２の一部の温度が低下する虞があった。
【００１０】
また、ウェハ加熱装置を長時間使用するとサーモスタットの作動温度が変化する虞があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミックス基板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面または内部に抵抗発熱体を有するとともに、前記セラミックス基板の温度を測温する測温手段と前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部を備え、過加熱を検知するサーモスタットを前記セラミックス基板から離間して配設し、前記サーモスタットの受熱面の面積を５０〜５００ｍｍ^２としたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記サーモスタットの受熱面とセラミックス基板との距離を６ｍｍ以上としたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、前記サーモスタットの厚みを受熱面の径の３８〜１２６％としたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記サーモスタットの温度検知部がバイメタルであり、該バイメタルの厚みが０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置１の一例を示す断面図で、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックからなるセラミックス基板２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面にガラス又は樹脂等からなる絶縁層４を介して抵抗発熱体５を形成したものである。
【００１７】
抵抗発熱体５のパターン形状としては、略円弧状の抵抗体と直線状抵抗体とからなる略同心円状をしたものや、渦巻き状をしたものなど、載置面３を均一に加熱できるパターン形状であれば良い。均熱性を改善するため、抵抗発熱体５を複数のパターンに分割することも可能である。
【００１８】
また、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に導通端子７を弾性体８を介して押圧固定することにより、導通が確保されている。
【００１９】
さらに、セラミックス基板２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、セラミックス基板２側より弾性体８、座金１８を介在させてナット１９を螺着することにより支持体１１に弾性的に固定している。これにより、セラミックス基板２の温度を変更したり載置面３にウエハを載せセラミックス基板２の温度が変動した場合に支持体１１変形が発生しても、上記弾性体８によってこれを吸収し、これによりセラミックス基板２の反りを防止し、加熱時にウエハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００２０】
また、支持体１１は複数の層から構成された板状構造体１３と側壁部からなり、該板状構造体１３には抵抗発熱体５に電力を供給するための導通端子７が絶縁材９を介して設置され、セラミックス基板２の温度を測定するための熱電対１０を設置し、温度異常を検知する為のサーモスタット２３が設置されている。さらに不図示の空気噴射口が形成されている。
【００２１】
導通端子７に供給される電力は、不図示のリレーを介し、供給される構造になっている。さらに前記のリレーは、サーモスタット２３の接点が切れるとリレーの接点が遮断されるよう構成されており、サーモスタット２３が、温度異常である信号を検知すると、前記リレーが作動して導通端子７への電力供給が切られ、導通端子７に供給される電力を遮断する構成となっている。
【００２２】
測温素子１０としては、熱電対、測温抵抗体等を用いることが可能である。材質については、熱電対であれば、Ｐｔ／Ｒｈ−Ｐｔ／Ｒｈ系、Ｐｔ／Ｒｈ−Ｐｔ系、Ｎｉ／Ｃｒ／Ｓｉ−Ｎｉ／Ｓｉ／Ｍｇ系、Ｎｉ／Ｃｒ−Ａｌ／Ｍｎ系、Ｎｉ／Ｃｒ−Ｃｕ／Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｃｕ／Ｎｉ系、Ｗ−Ｒｅ系等が、また測温抵抗体であれば、Ｐｔ抵抗素子が使用可能であり、使用雰囲気や温度に対して適切なものを選定すればよい。例えば、大気中３００℃以下で用いるような場合には、Ｎｉ／Ｃｒ−Ａｌ／Ｍｎ系やＰｔ／Ｒｈ−Ｐｔ系やＮｉ／Ｃｒ−Ｃｕ／Ｎｉ系等が望ましく、還元性雰囲気下においては、Ｆｅ−Ｃｕ／Ｎｉ系等が望ましい。
【００２３】
サーモスタット２３の種類としては特に限定されず、例えば、温度の変化を液体（トルエン、水銀等）や金属（バイメタル等）の膨張またはサーミスタの抵抗値の変化によって検出し、温度が所定値以上に上昇した際に、回路を遮断する働きをするもの等が挙げられる。具体的には、バイメタルを用いたサーモスタット等が挙げられる。
【００２４】
図２は、本発明のウェハ加熱装置を構成するサーモスタットの一例を模式的に示す断面図である。図２に示すように、このサーモスタット１１０は、有底円筒形状のケース１１７の底部に断面が逆コの字の形状のバネ１１３が配設されており、このバネ１１３の上に接触部１１２ａを介して円柱形状のピン１１２が載置されている。なお、このピン１１２は、周囲をリテーナ１２０により支持され、上下の方向に移動ができる。バネ１１３の近傍には、バネ１１３と略平行した状態で固定片１１４が配設されており、固定片１１４の端部の接点Ａとバネ１１３端部の接点Ｂとは、一定の温度以下（例えば、常温）では接触している。一方、固定片１１４の他の一端とバネ１１３との他の一端には、導電線１１８ａ、１１８ｂが接続されており、これらの導電線１１８ａ、１１８ｂは、端子部１１９から外部に引き出され、電源と接続されているため、常温では、導電線１１８ａと導電線１１８ｂとの間に電流が流れている。ピン１１２の上面には両端が固定されたバイメタル１１１が接触しており、このバイメタル１１１は、常温では、平面を形成している。そのため、バネ１１３には、下方への力が作用せず、接点Ａと接点Ｂとは、接触した状態を維持することができる。このような構成のサーモスタット１１０の周囲の温度が上昇すると、バイメタル１１１は膨張し、下方へ撓むように変形する。これにより、ピン１１２が下方に押し下げられ、バネ１１３も下方に撓む結果、接点Ａと接点Ｂとは非接触となり、回路が遮断され、導電線１１８ａと導電線１１８ｂとの間には、電流が流れなくなる。この後、周囲の温度が所定温度より下がると、バイメタル１１１が平面形状に戻り、バネ１１３の力によりピン１１２が押し上げられる結果、接点Ａと接点Ｂとが接触し、再び、導電線１１８ａと導電線１１８ｂとの間に電流が流れるようになる。
【００２５】
本発明のサーモスタット２３の上面の受熱面２３ａの面積は５０〜５００ｍｍ^２が好ましい。これは、５０ｍｍ^２未満になると、サーモスタット２３の受熱面２３ａの面積が小さすぎる為、受熱効率が悪く、サーモスタット２３の作動が遅くなる。逆に５００ｍｍ^２を越えてしまうと、サーモスタットの受熱面が大きすぎる為、セラミックス基板２の熱を吸収し、セラミックス基板２の一部の温度が低下しウェハＷの表面にクールスポットが発生してしまうからである。
【００２６】
特に、特開２００１−２６７３８１号公報に記載のように、受熱面２３ａとセラミックス基板２の距離が０．１〜５ｍｍと近いとセラミックス基板２の熱を吸収し、ウェハＷの表面にクールスポットが発生する虞がある。また、この発明のようにサーモスタットの受熱面の面積を５０ｍｍ^２以下と小さくすると、受熱面の面積が小さくなり過ぎてサーモスタットの作動が遅くなる虞があった。そこで、この点を改善する目的で、本発明の受熱面２３ａとセラミックス基板２の距離は６ｍｍ以上と大きくすることが好ましく、ウェハＷの表面にクールスポットを生じる事のない構成とすることが特徴である。
【００２７】
このように、本発明は、サーモツタット２３の受熱面２３ａの面積を大きくして作動を速くし、その分セラミックス基板２との距離を大きくすることによって、クールスポットの発生を防止するようにしたものである。
【００２８】
また、サーモスタット２３の厚みＴは、サーモスタット２３の受熱面２３ａの径の３８〜１２６％が好ましい。３８％より薄くなると、高温での連続使用の際、熱劣化し温度検知が鈍くなる為である。また、１２６％より厚くなるとサーモスタット２３の熱容量が大きくなり過ぎ、温度検知が遅くなり、ウェハ加熱装置１の温度が上がり過ぎる為である。
【００２９】
尚、サーモスタット２３の受熱面２３ａの径とは受熱面２３ａが円形であれば直径であり、角型であれば受熱面２３ａ内の長軸と短軸の平均値である。
【００３０】
更に、サーモスタット２３の厚みＴが、サーモスタット２３の受熱面２３ａの径の３８〜１２６％とするとウェハ加熱装置１を高温で長時間使用してもサーモスタット２３の作動温度の変化が小さく好ましかった。
【００３１】
一方、特開２００１−２６７３８１号公報に記載のサーモスタットは受熱面の面積が小さいことから、サーモスタットの厚みは受熱面の１２６％を越えて大きく、連続して使用する際に、熱劣化し温度検知が鈍くなる虞があった。特に、上記明細に開示されたサーモスタットの受熱面の面積は小さいことが好ましいが、受熱面の面積を小さくできても厚みは部品の構造上から小さくし難く、本発明の厚みＴと受熱面の径の関係を満足することが極めて難しかった。
【００３２】
また、サーモスタット２３をバイメタル方式の物を使う場合、バイメタルの厚みＡは０．０５〜０．５ｍｍが好ましい。厚みＡが０．０５ｍｍ未満になると、サーモスタット２３中の接点を確実に切ることが出来ないからである。逆に０．５ｍｍを越えるとバイメタルの熱容量が大きくなり過ぎ、温度検知が遅くなり、ウェハ加熱装置１の温度が上がり過ぎる為である。
【００３３】
次にその他の構成に付いて説明する。
【００３４】
抵抗発熱体５を複数のゾーンに分割して温度制御する場合は、ゾーンの数に応じて、測温素子１０の数を増やすことが好ましい。これにより、ウエハＷの温度をより実温に近い値に制御することが可能となる。また、この場合は特に、測温素子１０の個々の設置条件を均一にする必要がある。これは、個々の測温素子１０間の温度検知がばらつくと、個々の抵抗発熱体５ブロックの制御がばらつき、昇温過渡時のウエハの温度分布に悪影響を与えるためである。
【００３５】
また、不図示のリフトピンは支持体１１内に昇降自在に設置され、ウエハＷを載置面３上に載せたり、載置面３より持ち上げるために使用される。そして、このウエハ加熱装置１により半導体ウエハＷを加熱するには、不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウエハＷをリフトピンにより支持したあと、リフトピンを降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。次に、給電部６に通電して抵抗発熱体５を発熱させ、絶縁層４及びセラミックス基板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。
【００３６】
このとき、本発明によれば、セラミックス基板２を炭化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、もしくは窒化アルミニウム質焼結体により形成してあることから、熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間を短くすることができ、生産性を高めることができるとともに、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体５のジュール熱を素早く伝達し、載置面３の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。
【００３７】
特に、炭化珪素質焼結体からなるセラミックス基板２は大気中の水分等と反応してガスを発生させることもないため、半導体ウエハＷ上へのレジスト膜の貼付に用いたとしても、レジスト膜の組織に悪影響を与えることがなく、微細な配線を高密度に形成することが可能である。
【００３８】
ところで、このような特性を満足するには、セラミックス基板２の板厚を１ｍｍ〜７ｍｍとすることが良い。これは、板厚が１ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために温度ばらつきを平準化するというセラミックス基板２としての効果が小さく、抵抗発熱体５におけるジュール熱のばらつきがそのまま載置面３の温度ばらつきとして現れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚が７ｍｍを越えると、セラミックス基板２の熱容量が大きくなり過ぎ、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間や温度変更時の冷却時間が長くなり、生産性を向上させることができないからである。
【００３９】
また、以上詳述した本発明のウエハ加熱装置１において、図１に示すように、セラミックス基板２の表面に、絶縁層４を介して抵抗発熱体５を形成し、抵抗発熱体５を露出させてあることから、使用条件等に合わせて載置面３の温度分布が均一となるように、抵抗発熱体５にトリミングを施して抵抗値を調整することもできる。
【００４０】
また、セラミックス基板２を形成するセラミックとしては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分とするものを使用することができる。炭化珪素質焼結体としては、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含有し１９００〜２２００℃で焼成した焼結体を用いることができ、また、炭化珪素はα型を主体とするもの、あるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
【００４１】
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量％混合し、２０００〜２２００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。
【００４２】
そして、窒化硼素質焼結体としては、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４５重量％の窒化アルミニウムと５〜１０重量％の希土類元素酸化物を混合し、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。窒化硼素の焼結体を得る方法としては、他に硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法があるが、この場合熱伝導率が著しく低下するので好ましくない。
【００４３】
また、窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ_２Ｏ_３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ_２量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ_２を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。ここで示すＳｉＯ_２量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ_２と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ_２と、意図的に添加したＳｉＯ_２の総和である。
【００４４】
また、窒化アルミニウム質焼結体としては、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ_２Ｏ_３やＹｂ_２Ｏ_３等の希土類元素酸化物と必要に応じてＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。
【００４５】
これらの焼結体は、その用途により材質を選択して使用する。例えば、レジスト膜の乾燥に使用する場合は、窒化物は水分と反応してアンモニアガスを発生し、これがレジスト膜に悪影響を及ぼすので表面に保護膜を形成する必要がある。また、８００℃程度の高温で使用する可能性のあるＣＶＤ用のウエハ加熱装置の場合は、ガラスを多く含む窒化硼素系の材料は、セラミックス基板２が使用中に変形してしまい均熱性が損なわれてしまう可能性がある。
【００４６】
さらに、セラミックス基板２の載置面３と反対側の主面は、ガラスや樹脂からなる絶縁層４との密着性を高める観点から、平面度２０μｍ以下、面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜０．５μｍに研磨しておくことが好ましい。
【００４７】
一方、炭化珪素質焼結体をセラミックス基板２として使用する場合、多少導電性を有するセラミックス基板２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層４としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが５００μｍを越えると、セラミックス基板２を形成する炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるために、クラックが発生して絶縁層４として機能しなくなる。その為、絶縁層４としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは１００μｍ〜５００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは１５０μｍ〜４００μｍの範囲で形成することが良い。
【００４８】
炭化珪素質焼結体からなるセラミックス基板２の表面に絶縁層４を形成する場合、予め表面を酸化処理することにより、０．０１〜２μｍ厚みのＳｉＯ_２からなる酸化膜１２を形成したのち、さらにその表面に絶縁層４を形成する
また、セラミックス基板２を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス焼結体で形成する場合は、セラミックス基板２に対する抵抗発熱体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層４を形成する。ただし、抵抗発熱体５の中に十分なガラスを添加し、これにより十分な密着強度が得られる場合は、省略することが可能である。
【００４９】
次に、絶縁層４に樹脂を用いる場合、その厚みが３０μｍ未満では、耐電圧が１．５ｋＶを下回り、絶縁性が保てなくなるとともに、抵抗発熱体５にレーザー加工等によってトリミングを施した際に絶縁層４を傷付け、絶縁層４として機能しなくなり、逆に厚みが４００μｍを越えると、樹脂の焼付け時に発生する溶剤や水分の蒸発量が多くなり、セラミックス基板２との間にフクレと呼ばれる泡状の剥離部ができ、この剥離部の存在により熱伝達が悪くなるため、載置面３の均熱化が阻害される。その為、絶縁層４として樹脂を用いる場合、絶縁層４の厚みは３０μｍ〜４００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは６０μｍ〜２００μｍの範囲で形成することが良い。
【００５０】
また、絶縁層４を形成する樹脂としては、２００℃以上の耐熱性と、抵抗発熱体５との密着性を考慮すると、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂等が好ましい。
【００５１】
なお、ガラスや樹脂から成る絶縁層４をセラミックス基板２上に被着する手段としては、前記ガラスペースト又は樹脂ペーストをセラミックス基板２の中心部に適量落とし、スピンコーティング法にて伸ばして均一に塗布するか、あるいはスクリーン印刷法、ディッピング法、スプレーコーティング法等にて均一に塗布したあと、ガラスペーストにあっては、６００℃の温度で、樹脂ペーストにあっては、３００℃以上の温度で焼き付ければ良い。また、絶縁層４としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は炭化硼素質焼結体から成るセラミックス基板２を１２００℃程度の温度に加熱し、絶縁層４を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００５２】
さらに、絶縁層４上に被着する抵抗発熱体５としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属単体を、蒸着法やメッキ法にて直接被着するか、あるいは前記金属単体や酸化レニウム（Ｒｅ_２Ｏ_３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ_３）等の酸化物を導電材として含む樹脂ペーストやガラスペーストを用意し、所定のパターン形状にスクリーン印刷法等にて印刷したあと焼付けて前記導電材を樹脂やガラスから成るマトリックスで結合すれば良い。マトリックスとしてガラスを用いる場合、結晶化ガラス、非晶質ガラスのいずれでも良いが、熱サイクルによる抵抗値の変化を抑えるために結晶化ガラスを用いることが好ましい。
【００５３】
ただし、抵抗発熱体５に銀又は銅を用いる場合、マイグレーションが発生する恐れがあるため、このような場合には、抵抗発熱体５を覆うように絶縁層４と同一の材質もしくは抵抗発熱体５のマトリックス成分と同等の材質から成る保護膜を３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００５４】
また、抵抗発熱体５を内蔵するタイプのセラミックス基板２に関しては、熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましい。この場合、窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含有する原料を十分混合したのち円盤状に成形し、その表面にＷもしくはＷＣからなるペーストを抵抗発熱体５のパターン形状にプリントし、その上に別の窒化アルミニウム成形体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で焼成することにより抵抗発熱体５を内蔵したセラミックス基板２得ることが出来る。また、抵抗発熱体５からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホール１９を形成し、ＷもしくはＷＣからなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウエハＷの加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホール１９の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の抵抗発熱体５の酸化を防止することができる。
【００５５】
上記絶縁層４を形成するガラスの特性としては、結晶質又は非晶質のいずれでも良く、例えばレジスト乾燥用に使用する場合、耐熱温度が２００℃以上でかつ２０℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数がセラミックス基板２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×１０^−７／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラスを用いると、セラミックス基板２を形成するセラミックスとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼付け後の冷却時において、セラミックス基板２に反りが発生したり、クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００５６】
【実施例】
（実施例　１）
熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径２３０ｍｍの円盤状をしたセラミックス基板を製作し、その後１０００℃×２時間の酸化処理により表面に酸化皮膜を形成し、セラミックス基板２の一方の主面に絶縁層を被着するため、ガラス粉末に対してバインダーとしてのエチルセルロースと有機溶剤としてのテルピネオールを混練して作製したガラスペーストをスクリーン印刷法にて敷設し、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、５５０℃で３０分間脱脂処理を施し、さらに７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、ガラスからなる厚み２００μｍの絶縁層を形成した。次いで絶縁層上に抵抗発熱体を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｔ粉末を添加したガラスペーストを、スクリーン印刷法にて所定のパターン形状に印刷したあと、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが５０μｍの抵抗発熱体を形成した。そして、転写法により金ペーストからなる給電部６を形成し、９００℃で焼き付け処理し、セラミックス基板２を製作した。
【００５７】
また、支持体１１は、主面の３０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのステンレスからなる２枚の板状構造体を準備し、この内の１枚に、導通端子を所定の位置に形成し、さらに受熱面の面積が２８、３８、５０、７８、１９８、３１４、４１８、５００、６１５ｍｍ^２の９種類のサーモスタットを準備し、板状構造体１３の略中心で、受熱面とセラミックス基板の距離が６ｍｍの位置に配設した。さらに、板状構造体と同じくステンレスからなる側壁部とをネジ締めにて固定して、受熱面の面積が異なる９種類のサーモスタットを取り付けた支持体を準備した。
【００５８】
その後、前記支持体の上に、セラミックス基板を重ね、その外周部を弾性体を介してネジ締めすることによりウェハ加熱装置を作製した。
【００５９】
そして、このようにして得られた９種類のウエハ加熱装置の導電端子に通電して２５０℃で保持し、載置面の上に載せたウエハ表面の温度分布を中心とウエハ半径の１／２の周上の６分割点６点の合計７点の温度バラツキが最小となるように温度コントローラーの設定温度を各発熱パターンの制御チャンネル毎に補正しウェハ表面の温度を各サンプルで測定をした。ウエハ半径の１／２の周上の６分割点６点の平均温度とサーモスタット近傍であるウェハ中心の温度との差をサーモスタット近傍の温度低下量（℃）とした。
【００６０】
次にウェハ加熱装置を室温まで冷却し、次のような温度暴走試験を行った。温度コントローラーの制御が効かない状態で、導通端子７に定格電力で通電し、サーモスタットが温度異常を検知した時点での測温素子１０の検知温度をサーモスタット作動時のセラミックス基板の温度（℃）とした。
【００６１】
評価は、ウエハＷの温度が２５０℃の時のサーモスタット近傍の温度低下量が０．５℃以下のものをＯＫとし、それ以上となるものはＮＧとした。尚、サーモスタット近傍の温度低下量が小さいとウェハＷの面内の温度差も小さくなり好ましい。また、サーモスタット作動時のセラミックス基板の温度は、４００℃以下をＯＫとし、それ以上をＮＧとした。
【００６２】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００６３】
【表１】

【００６４】
表１から判るように、試料Ｎｏ．１、２に示す比較例のウエハ加熱装置１は、サーモスタット作動時のセラミックス板の温度が４００℃を越えてしまった。これは、サーモスタット受熱面の面積が小さすぎる為、受熱効率が悪くなりサーモスタットの作動が遅れるためと考えられる。
【００６５】
また、試料Ｎｏ．９については、サーモスタット近傍の温度低下量が、０．５℃を越えてしまった。サーモスタットの受熱面が大きすぎる為、セラミックス基板２の熱を吸収し過ぎてしまい、クールスポットが発生したためと考えられる。
【００６６】
これに対し、サーモスタットの受熱面の面積を５０〜５００ｍｍ^２である試料Ｎｏ．３〜８は、サーモスタット作動時のセラミックス基板の温度が４００℃以下、サーモスタット近傍の温度低下量が０．５℃以下と良好な結果を示した。
【００６７】
また、サーモスタットの受熱面の面積を７８〜４１５ｍｍ^２である試料Ｎｏ．４〜７は、サーモスタット作動時のセラミックス基板の温度が３８０℃以下、サーモスタット近傍の温度低下量が０．３℃以下と更に良好な結果を示した。
【００６８】
また、サーモスタットの受熱面の面積を１９８〜３１４ｍｍ^２である試料Ｎｏ．５，６は、サーモスタット作動時のセラミックス基板の温度が３５０℃以下、サーモスタット近傍の温度低下量が０．２℃以下と最も良好な結果を示した。
【００６９】
（実施例　２）
ここでは、厚みの異なるサーモスタット２３を数種準備し実施例１同様にウェハ加熱装置を作製した。また、サーモスタット２３の受熱面の形状が、円形の場合は直径を、角形の場合は受熱面内の長軸と短軸の平均値をそれぞれサーモスタットの受熱面の径（ｍｍ）とし、サーモスタットの厚み比＝（サーモスタットの厚み（ｍｍ））／（サーモスタットの受熱面の径（ｍｍ））×１００（％）を定義した。
【００７０】
そして、実施例１と同様に温度暴走試験を実施した。
さらに、ウェハ加熱装置を２５０℃に加熱し１００時間の耐久試験を行った後、再度、温度暴走試験を行い、耐久試験前後での評価結果の差をサーモスタットの作動温度変化量（℃）とした。結果を表２に示した。
【００７１】
【表２】

【００７２】
表２から判るように、サーモスタットの厚み比が３８％未満の試料Ｎｏ．１は、耐久試験後の作動温度変化量が１０℃を越えた。これは、サーモスタットの厚みが薄く熱容量が小さすぎる為、セラミックス板の輻射熱の影響を大きく受け、高温になり過ぎ熱劣化したと考えられる。
【００７３】
これに対して、試料Ｎｏ．２〜７は、実施例１よりさらに改善され、耐久試験後の作動温度変化量が１０℃以下で、サーモスタット作動時のセラミックス基板の温度が３６０℃以下と低くすることが出来更に好ましいことが分った。
【００７４】
また、試料Ｎｏ．３〜５は、耐久試験後の作動温度変化量が５℃以下で、サーモスタット作動時のセラミックス基板の温度が３４０℃以下と低くすることが出来更に優れた特性が得られた。
【００７５】
（実施例　３）
ここでは、バイメタル方式のサーモスタットを準備し、バイメタルの厚みを変化させ実施例１と同様に温度暴走試験を実施した。実施例１と同様に評価した。
【００７６】
結果を、表３に示した。
【００７７】
【表３】

【００７８】
表３から判るように、バイメタルの厚みが０．０３ｍｍの試料Ｎｏ．１は、サーモスタットが作動した時のセラミックス基板の温度は３７０℃と大きかった。これは、厚みが薄すぎる為、接点を切るだけの応力が小さいからと考えられる。
【００７９】
また、バイメタルの厚みが０．６ｍｍの試料Ｎｏ．８は、サーモスタットが作動した時のセラミックス基板の温度は３８０℃と大きかった。
【００８０】
これに対して、バイメタルの厚みが０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの試料Ｎｏ．２〜７は、実施例１よりさらに改善され、サーモスタット作動時のセラミックス基板の温度が３５０℃以下と更に低くすることが出来た。これは、バイメタルの熱容量が小さくなった為、バイメタルの温度が短時間で所定の温度に上がった為と考えられる。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックス基板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面または内部に抵抗発熱体を有するとともに、前記セラミックス基板の温度を測温する測温手段と前記抵抗発熱体に電力を供給できる給電部を備え、過加熱を検知するサーモスタットを前記セラミックス基板から離間して配設し、前記サーモスタットの受熱面の面積を５０〜５００ｍｍ^２とすることにより、ウェハ加熱装置の温度制御が効かなくなり温度暴走した場合でも、低温で制御停止が可能となり、破損が無く火災発生の危険性の少ないウエハ加熱装置を提供できる。
【００８２】
また、前記サーモスタットの厚みを受熱面の大きさの３８〜１２６％とすると更に低温で制御停止が可能となり、またウェハＷの面内温度差を小さくできることから好ましい。
【００８３】
また、前記サーモスタットがバイメタル方式とし、該バイメタルの板厚が０．０５〜０．５ｍｍとすることにより、ウェハ加熱装置を長時間使用してもサーモスタットの作動温度が変化することを防止できるとともに、低温で制御停止が可能となり好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウエハ加熱装置を構成するサーモスタットの一例を示す断面図である。
【図３】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ウエハ加熱装置
２：セラミックス板
３：載置面
４：絶縁層
５：抵抗発熱体
６：給電部
７：支持体
８：弾性体
１０：測温素子
１１：充填材
２１：凹部
２２：充填材
２３：サーモスタット
Ｗ：半導体ウエハ

Claims

セラミックス基板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面または内部に抵抗発熱体を有するとともに、前記セラミックス基板の温度を測温する測温手段と前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部を備え、過加熱を検知するためのサーモスタットを前記セラミックス基板から離間して配設し、前記サーモスタットの受熱面の面積を５０〜５００ｍｍ^２としたことを特徴とするウェハ加熱装置。
前記サーモスタットの受熱面とセラミックス基板との距離を６ｍｍ以上としたことを特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装置。
前記サーモスタットの厚みを受熱面の径の３８〜１２６％としたことを特徴とする請求項１または２記載のウェハ加熱装置。
前記サーモスタットの温度検知部がバイメタルであり、該バイメタルの厚みが０．０５〜０．５ｍｍである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加熱装置。