JP2004312026A

JP2004312026A - ウェハ支持部材

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Publication number: JP2004312026A
Application number: JP2004130399A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Nakamura; 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-04-26
Filing date: 2004-04-26
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP4243216B2

Abstract

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

Description

本発明は、主にウエハを加熱するのに用いるウエハ支持部材に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶基板あるいは回路基板等のウエハ上に導体膜や絶縁膜を生成したり、前記ウエハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成するのに好適なウエハ支持部材に関するものである。

例えば、半導体製造装置の製造工程における、導体膜や絶縁膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等の半導体ウェハ（以下ウェハと略す）への加工において、ウエハを加熱するためにウエハ支持部材が用いられている。

従来の半導体製造装置は、まとめて複数のウエハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウエハの大きさが８インチから１２インチと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、一枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる装置が近年使われている。しかしながら、枚葉式にすると１回当たりの処理数が減少するため、ウエハの加工時間の短縮が必要とされている。このため、ウエハ支持部材に対して、ウエハの加熱時間の短縮、ウエハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度の精度の向上が要求されていた。

上記のようなウエハ支持部材の例として、例えば特許文献１に示してあるようなウエハ支持部材２１がある。このウエハ支持部材２１は、図８に示すように、ケーシング３１、板状セラミック体２２および板状反射体としてのステンレス板３３を主要な構成要素としている。ケーシング３１は有底状の金属製部材（ここでは、アルミニウム製部材）であって、断面円形状の開口部３４をその上部側に備えている。このケーシング３１の中心部には、図示しないウエハ支持ピンを挿通するためのピン挿通孔３５が３つ形成されている。ピン挿通孔３５に挿通されたウエハ支持ピンを上下させれば、ウエハＷを搬送機に受け渡したり、ウエハＷを搬送機から受け取ったりすることができる。また、図９に示す抵抗発熱体２５の導通端子部には、導通端子２７がロウ付けされており、該導通端子２７がステンレス板３３に形成された穴５７を挿通する構造となっている。また、底部３１ａの外周部にはリード線引出用の孔３６がいくつか形成されている。この孔３６には、抵抗発熱体に電流を供給するための不図示のリード線が挿通され、該リード線は前記導通端子２７に接続されている。

また、板状セラミック体２２を構成するセラミック材料としては、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックスが用いられ、抵抗発熱体２５は、図９に示すように、同心円状に形成した複数のパターンに通電することにより、板状セラミック体２２を加熱するウエハ支持部材２１が提案されている。

このようなウエハ支持部材２１において、ウエハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質に加工処理するためには、ウエハＷの温度を正確に測定するとともにウェハＷの温度を一定に温度制御することが重要である。そこで、ウェハＷの温度を測定する測温素子が使われ、上記ウエハ支持部材の凹部２３に測温素子が取り付けられている。

特許文献２には、図１０に示すように、ウエハ支持部材に載せたウェハＷの温度を測定し、金属製の板状体４０の上面４０ａの温度を制御する測温抵抗体素子１５０の配置方法が示されている。前記板状体４０の温度の精度やレスポンス等が優れ、温度調節の精度を高める方法として、凹部４１に挿入された測温素子１５０の長手方向の温度差を小さくし、前記測温抵抗体素子１５０を板状体４０の上面に平行に配置する方法が示されている。この測温素子はＰｔからなる測温素子１５０が保護管１５１に挿入され、板状体４０の上面４０ａに対し平行となるように配置されている。

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

また、特許文献３には、単一の抵抗発熱体を板状セラミック体に埋設したウェハ加熱装置において、ウェハ加熱面の温度が最適値から外れることを防止するために、測温点をウェハ加熱領域の中心からウェハ加熱領域の半径のほぼ１／√２の位置とすることが示されている。

また、特許文献４には、図９に記載の厚み３ｍｍの板状セラミック体２２に深さ２ｍｍ、直径１．２ｍｍの凹部２３に測温素子として線径０．５ｍｍ以下の熱電対を挿入し耐熱性樹脂で封止したウエハ支持部材２１が開示されている。
特開平１１−２８３７２９号公報特開平９−４５７５２号公報特開平４−９８７８４号公報特開２００１−８５１４４号公報

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

上記のようなウエハ支持部材において、特許文献２のように測温素子１５０を板状体４０のウェハＷを載せる載置面４０ａに平行に配置しても、金属からなる板状体４０は厚みが３０ｍｍ以上と厚く板状体４０を急速に昇温したり降温したりすることが出来なかった。更に、測温素子１５０本体や測温素子１５０への接続部材から熱が板状体４０の外に流れ、測温部の温度が低下したり、測温素子１５０が板状体４０の凹部４１の底面に熱的に確実に接続できないことから板状体４０や前記ウェハＷの温度を正確に測定できない虞があるとの課題があった。

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

そこで、上記課題に鑑み、本発明のウエハ支持部材は、板状セラミック体の一方の主面側を、ウェハを載せる載置面とし、上記板状セラミック体の他方の主面又は内部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記板状セラミック体の他方の主面に凹部を有し、該凹部内に、測温素子とリード線とからなる測温体を挿入し、固定部材にて保持させ、上記測温体の測温素子からリード線が固定部材より露出するまでのリード線の長さを、上記リード線の線径の２倍より大きく３０倍以下としたことを特徴とする。

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

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

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

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

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

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

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

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るウエハ支持部材１の一例を示す断面図であり、炭化珪素、アルミナまたは窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスの板状体からなる板状セラミック体２の一方の主面３をウエハＷを載せる載置面とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、該抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を具備し、前記抵抗発熱体５による加熱温度を板状セラミック体２の凹部９に固定した測温素子８ａで測定してウエハ支持部材１を構成したものである。支持ピン１２は板状セラミック体２を貫通する孔を通してウェハＷを上下に移動させウェハＷを主面３に載せたり降ろしたりすることができる。そして、給電部６に給電端子１１が接続し外部から電力が供給され、測温素子８ａとリード線８からなる測温体で温度を測定しながらウェハＷを加熱することができる。

抵抗発熱体５のパターン形状としては、図２に示したような渦巻き状のパターン、もしくは図３、４に示したように複数のブロックに分割され、個々のブロックが円弧状のパターンと直線状のパターンとからなる渦巻き状やジグザクな折り返し形状をしたものとすることができる。そして、抵抗発熱体５を複数のブロックに分割する場合、それぞれのブロックの温度を独立に測定し制御することにより、主面３上のウェハＷを均一に加熱できるように構成している。

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

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

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

ウェハＷを載せるか或いは一定の距離にウェハＷを支持する板状セラミック体２の一方の主面と異なる他方の主面に凹部９を形成し、凹部９に測温素子８ａを挿入し、板状セラミック体２の温度を測定する。前記凹部９の大きさは直径２〜５ｍｍで、板状セラミック体２の好ましい厚み２〜５ｍｍの３分の２程の深さに穿孔され、板状セラミック体２の一方の主面３の温度が正確に反映され、測温素子８ａと、凹部９の底面９ａとの接触界面との熱的抵抗が小さくなるように、凹部９の底面９ａに測温素子８ａを直接接触させるか、或いは熱的抵抗を小さくするよう凹部９の底面９ａに熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と大きく、変形し易い金属箔やペーストからなる熱的接続部材１５を介して測温素子８ａを接続することが好ましい。

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

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

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

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

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

次に、上記ウエハ支持部材１の主面３の温度は上述の様に測温素子８ａやリード線８を配設することで正確に測定できるのであるが、ウェハＷの温度を一定に制御するには、上述の測温素子８ａで板状セラミック体２の主面の温度を測定しながら板状セラミック体２に備えた抵抗発熱体５に電力を供給し発熱させ、前記主面の温度を均一になるよう制御している。そのためには、抵抗発熱体５から板状セラミック体２までの熱の伝導性及び板状セラミック体２の主面から測温素子８ａへの熱の伝わり、抵抗発熱体５から測温素子８ａへの熱の伝わり方が特に重要である。抵抗発熱体５の熱は前記主面３に伝わり、しかもウェハＷの温度分布が均一であることが要求される。

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

前記の適切な関係とは、Ｌ１は間隔（Ｌ２−７×Ａ）より大きく、（Ｌ２−Ａ）より小さいことが好ましい。

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

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

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

この様な熱的接続部材１５としては銀、アルミニウム、白金や金が好ましく、熱的接続部材１５の厚みは１０μｍから３００μｍが好ましい。熱的接続部材１５の厚みが１０μｍ以下では測温素子８ａやリード線８を押し付けても面接触する範囲が小さく厚みが３００μｍ以上では熱の伝達が遅くなり迅速な測温が難しくなる。好ましくは、熱的接続部材１５の厚みは５０〜２００μｍである。

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

次に、本発明の他の実施形態を示す。

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

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

一方、ウエハ支持部材１を構成する板状セラミック体２の材質としては、耐摩耗性、耐熱性に優れるアルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム、炭化珪素を用いることができ、この中でも特に窒化アルミニウムや炭化珪素は熱伝導率が５０Ｗ/（ｍ・Ｋ）以上、さらには１００Ｗ/（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有するとともに、ヤング率が３００ＧＰａ、４００ＧＰａと大きく、加熱による板状セラミック体２の変形が小さく好ましい。更に、フッ素系や塩素系等の腐食性ガスに対する耐蝕性や耐プレズマ性にも優れることから、板状セラミック体２の材質として好適である。

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

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

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

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

（実施例１）
ここで、板状セラミック体２として平均粒径１．２μｍの窒化アルミニウム粉末に平均粒径１μｍのカルシアを０．１質量％添加し混合粉砕しアクリルバインダを添加しφ４００ｍｍの板状に成形し、空気中と窒素雰囲気中の４００℃で1時間脱バインダ処理した後、２０００℃の窒素雰囲気中で焼結した。焼結体の表裏面を研削加工しφ３２０ｍｍで厚み３ｍｍの円板状の板状セラミック体２を得た。そして、この板状セラミック体２の他方の主面３に金属銀５０質量％含み、Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２・ＺｎＯガラス（熱膨張係数４．４×１０^−６／℃）を５０質量％含む粉体に溶剤を添加しペーストを作製した。

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

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

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

試料Ｎｏ．１は固定部材に挟まれた測温素子８ａからリード線８の長さがリード線８の外形の２倍と小さ過ぎることから応答時間が６４秒と大きく、しかもウェハの温度差も１．５℃と大きく本願発明の範囲外であることが分る。また、試料Ｎｏ．１０は逆に固定部材に挟まれた測温素子８ａからリード線８の長さが測温素子の外形の３３倍と大き過ぎることから応答時間が６５秒と大きく、しかもウェハの温度差１．２℃と大きく好ましくないことが判明した。

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

従って、板状セラミック体の凹部に備えた固定部材に覆われるか或いは挟まれた測温素子８ａからリード線８の長さが測温素子の線径Ａの２倍より大きく３０倍以下であると優れた特性を示すことが分った。

（実施例２）
実施例１と同様の工程でウエハ支持部材を作製し凹部の位置と深さを変えて凹部に測温素子８ａやリード線８として直径（Ａ）０．５ｍｍの熱電対を挿入し、図７の構造となるように測温素子８ａやリード線８を固定した。そして、凹部の測温素子８から抵抗発熱体５までの距離Ｌ１と、測温素子８ａと主面上の点の距離が最低距離となる点Ｐから抵抗発熱体までの距離Ｌ２を変えたウエハ支持部材を作製し、実施例１と同様にウエハ支持部材の特性を評価した。

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

そしてこれらウエハ支持部材の特性を表２に示す。

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

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

また、試料Ｎｏ．２５はＬ１＞（Ｌ２−７×Ａ）が成立せず、応答時間も５８秒と大きく、ウェハの温度差も０．９℃と大きかった。

（実施例３）
ここで、板状セラミック体２として平均粒径１．２μｍの窒化アルミニウム粉末に平均粒径１μｍのカルシアを０．１質量％と平均粒径１．１μｍのイットリヤを所定の量添加して混合粉砕しアクリルバインダを添加し直径４００ｍｍの板状に成形し、空気中と窒素雰囲気中の４００℃で1時間脱バインダ処理した後、２０００℃の窒素雰囲気中で焼結した。同時に直径１０ｍｍ厚み３ｍｍの熱伝導率測定用のテストピースを切り出すと共に、焼結体の表裏面を研削加工し直径３２０ｍｍで厚み３ｍｍの円板状の板状セラミック体２を得た。そして、この板状セラミック体２の他方の主面３に金属銀５０質量％含み、Ｂ_２Ｏ_３・ＳｉＯ_２・ＺｎＯガラス（熱膨張係数４．４×１０^−６／℃）を４０質量％含む粉体に溶剤を添加しペーストを作製した。

そして、板状セラミック体２の他方の主面に抵抗発熱体５の形状で上記ペーストを２０μｍの厚みにスクリーン印刷法で印刷した。そして、個々の各抵抗発熱体５に対応して直径３ｍｍで深さを変えて凹部９を作製した。そして、凹部９の底面９ａに熱的接続部材１５として１００μｍの厚みのアルミニウム箔を置き、測温素子８ａやリード線８として線径０．５ｍｍと０．３ｍｍの熱電対を先端から３ミリの位置で直角に折り曲げ、その先端部をアルミ箔の上に置き、金属製のφ２．９ｍｍ、厚み２ｍｍで測温素子が通過する溝を取り付けた固定部材１７で測温素子を押さえた。固定部材１７は外径２．５ｍｍで厚み５００μｍのジルコニアセラミックからなる断熱部材２０を介して、加圧ピン１６で測温素子８ａやリード線８を加圧し凹部９の底面９ａと熱的に接続させた。そして、夫々のウエハ支持部材に電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。また２００℃に設定し３０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの温度差として測定した。そして、表３の結果を得た。

固定部材の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上で板状セラミック体の熱伝導率の６０％以上、３００％以下の熱伝導率を有する試料Ｎｏ．３３、３４、３６、３７は応答時間が２８秒以下と優れていた。また、ウェハの温度差も０．７℃以下と好ましいものであった。

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

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

従って、上記結果より凹部に測温素子を備え、板状セラミック体の熱伝導率に対して６０％以上、３００％以下である熱伝導率を有する固定部材で測温素子８ａからリード線８を固定することで更に応答時間が小さく、ウェハの温度差の小さなウエハ支持部材を得る事ができる。

（実施例４）
実施例１と同様に板状セラミック体２を作製し、抵抗発熱体５となるペーストとして種種の金属とガラス成分や金属酸化物を混合しペースト状に作製したのちスクリーン印刷しウエハ支持部材を作製した。

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

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

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

その結果を表４に示す。

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

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

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

本発明のウエハ支持部材の一例を示す断面図である。本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。本発明の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。本発明のさらに他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。本発明の測温素子を取り付け部を示す概略図である。本発明の他の測温素子を取り付け部を示す概略図である。本発明の他の測温素子を取り付け部を示す概略図である。従来のウエハ支持部材を示す、部品展開図である。従来のウエハ支持部材の抵抗発熱体の概略図である。（ａ）（ｂ）従来の測温素子を取り付け部を示す概略図である。

符号の説明

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

Claims

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