JP2006013199A - ウエハ加熱装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状の抵抗発熱体を備えたウエハ加熱装置において、加熱冷却を繰り返しても抵抗発熱体の剥離やクラックの発生を防止する。
【解決手段】板状セラミック体２の一方の主面をウエハを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に１または２回路以上の帯状の抵抗発熱体４を備えると共に、前記抵抗発熱体またはそれを覆う絶縁層の表面を凹凸面を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にウエハを加熱する際に用いるウエハ加熱装置に関するものであり、例えばウエハや液晶装置あるいは回路基板等のウエハ上に薄膜を形成したり、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際に好適なウエハ加熱装置に関するものである。

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）を加熱するためのウエハ加熱装置が用いられている。

従来の半導体製造装置は、複数のウエハを一括して加熱するバッチ式と、１枚ずつ加熱する枚葉式とがあり、枚葉式は、温度制御性に優れているので、半導体素子の配線の微細化とウエハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴い、枚葉式のウエハ加熱装置が広く使用されている。

このようなウエハ加熱装置７１としては、図５に示すように、抵抗発熱体７５を具備した板状セラミック体７２を主要な構成要素としたもので、窒化物セラミックや炭化物セラミックからなる板状セラミック体７２の上面をウエハ９０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４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。

そして、板状セラミック体７２に対して、ガス噴射口８２より冷却ガスを吹き付けて板状セラミック体７２を急速に冷却できるようになっていた。

また、このようなウエハ加熱装置７１は、半導体製造装置の使用の際に光熱や処理ガス等の影響を受けやすいので、抵抗発熱体７５表面の酸化等に対する耐久性が要求されている。したがって、抵抗発熱体７５の耐久性を高めるために、抵抗発熱体７５の一部あるいは全てに絶縁層８３を被覆することが行われていた（特許文献１参照）。

さらにまた、この絶縁層８３は、抵抗発熱体７５に対する保温材ともなり得るため、ウエハ加熱装置７１を昇温した後、冷却する際に、急速な降温ができない場合があったため、絶縁層８３の面粗度Ｒａを０．０１〜１０μｍとしたウエハ加熱装置もあった（特許文献２参照）。
特開２００１−２９７８５７号公報 特開２００１−２９７８５８号公報

しかしながら、板状セラミック体７２と抵抗発熱体７５と絶縁層８３においては、その構成材料の違いから、相互の熱膨張差のために、板状セラミック体７２に対する抵抗発熱体７５および絶縁層８３の密着強度が弱く、特に昇降温を繰り返したり、冷却ガスをノズル８２より排出させると、抵抗発熱体７５や絶縁層８３が剥離したりクラック等の損傷が発生するといった問題があった。

すなわち、板状セラミック体７２に設けられた抵抗発熱体７５の領域一帯に、単に絶縁層８３を設けただけでは、抵抗発熱体７５を保護することは不十分であった。

そこで本発明は、昇降温を繰り返したり、冷媒を排出させても、抵抗発熱体７５や絶縁層８３の剥離やクラックの発生など、性能劣化がなく信頼性の高いウエハ加熱装置を提供することを目的とする。

上記に鑑みて、本発明は、板状セラミック体の一方の主面をウエハを載せる載置面とするとともに、他方の主面に１または２回路以上の帯状の抵抗発熱体を備えたウエハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体の表面が凹凸面であることを特徴とする。

また、上記抵抗発熱体の一部または全てを被覆する絶縁層を備え、該絶縁層の表面が凹凸面であることを特徴とする。

また、上記凹凸面は略格子状の溝であることを特徴とする。

また、上記略格子状の溝が１ｍｍ幅あたり０．２〜８０本で並列していることを特徴とする。

また、上記抵抗発熱体または上記絶縁層の凹凸面は、凹部の厚み（ｔｖ）と凸部の厚み（ｔｐ）の比（ｔｐ／ｔｖ）×１００が１０５〜２００％であり、且つ上記抵抗発熱体または上記絶縁層の平均厚みが３〜６０μｍであることを特徴とする。

また、前記抵抗発熱体は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇから選ばれる少なくとも２種以上の金属とガラスとからなることを特徴とする。

また、前記絶縁層は、ガラスを主成分とすることを特徴とする。

また、上記凹凸面にガスを吹き付けて冷却する手段を有することを特徴とする。

また、前記抵抗発熱体の各々に独立して電力を供給する給電部と、該給電部を囲むケースとを有し、該ケースに上記板状セラミック体を冷却するためのガス噴射口を備えたことを特徴とする。

また、上記ウエハ加熱装置の凹凸面をスクリーン印刷により形成することを特徴とする。

本発明のウエハ加熱装置は、板状セラミック体の一方の主面をウエハを載せる載置面とするとともに、他方の主面に１または２回路以上の抵抗発熱体および該抵抗発熱体の一部または全てを被覆する絶縁層を備えるとともに、抵抗発熱体の表面及び／または絶縁層の表面を凹凸面とすることによって、熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体の劣化損傷を抑えることができ、信頼性の高いウエハ加熱装置とすることができる。

さらに、上記抵抗発熱体及び／または上記絶縁層の凹凸面を、略格子状とし、凹部の厚み（ｔｖ）と凸部の厚み（ｔｐ）の比（ｔｐ／ｔｖ）×１００が１０５〜２００％であり、且つ上記抵抗発熱体または上記絶縁層の平均厚みが３〜６０μｍとすることによって、ウエハ加熱装置の信頼性を飛躍的に高めることが可能となる。

また、上記凹凸面に冷却ガスを吹き付けることで板状セラミックス体の温度を急速に低下させることができる。

本発明は、主にウエハを加熱する際に用いるウエハ加熱装置に関するものである。

図１は本発明に係るウエハ加熱装置１の１例を示す断面図であり、板状セラミック体２の一方の主面をウエハ９０を載せる載置面３とするとともに、他方の主面に１または２回路以上の帯状の抵抗発熱体４を備え、必要に応じその上に絶縁層５を備えている。そして、抵抗発熱体４に各々に独立して電力を供給する給電部６を備え、給電部６を囲むケース１１を備えている。

また、リフトピン１０は昇降自在に設置され、ウエハ９０を載置面３上に載せたり、載置面３より持ち上げることができる。

そして、ケース１１の底面２１には冷却ガスを噴射させるガス噴射口１２を備えている。

ガス噴射口１２から噴射された冷却ガスが板状セラミック体２の下面に注がれ、板状セラミック体２の下面の熱を奪い、加熱された冷却ガスは囲まれたケース１１に熱を伝えながら金属ケース１１の底面２１に設けた穴から外部に排出されることで板状セラミック体２を急激に冷却することができる。

このウエハ加熱装置１によりウエハ９０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９０をリフトピン１０にて支持したあと、リフトピン１０を降下させてウエハ９０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、板状セラミック体２を介して載置面３上のウエハ９０を加熱することができる。

本発明のウエハ加熱装置１は、抵抗発熱体４の表面が凹凸面４０であることを特徴とする。

上記凹凸面を示す概略図を図２に示す。

抵抗発熱体４の表面を凹凸面４０とすることで、抵抗発熱体４に通電して発熱し温度が急激に上昇すると、板状セラミックス体２との温度差や熱膨張係数の差から抵抗発熱体４と板状セラミックス体２の間に熱応力が発生し、抵抗発熱体４に大きな圧縮応力が発生して抵抗発熱体４が破損する虞があるが、凹凸面４０を形成することでこの応力を緩和することができることを見出した。

熱応力は表面に大きな圧縮応力が発生するが凹凸面４０が形成されていると、この応力を凹凸面４０の広い範囲で受けることができ、表面の応力を広い表面に分散させることができることから、応力による抵抗発熱体４の剥離やクラックの発生を防止することができ、特に、抵抗発熱体４を繰り返し加熱冷却すると応力が繰り返し抵抗発熱体４に加わるが、表面の凹凸面４０により応力が緩和されることによって、抵抗発熱体４に対する繰り返し寿命が向上することが判明した。

また、抵抗発熱体４の表面の凹凸面４０を例に説明したが、抵抗発熱体４の表面に絶縁層５を形成したウエハ加熱装置においても同様の効果が見られる。

図３は、本発明に係るウエハ加熱装置１の別の例を示す斜視図であり、板状セラミック体２の一方の主面をウエハを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に１または２回路以上の帯状の抵抗発熱体４と、該抵抗発熱体４の一部または全てを被覆する絶縁層５とを具備して成るウエハ加熱装置１であり、前記絶縁層５の表面を凹凸面５０とすることで加熱冷却を繰り返しても抵抗発熱体４に剥離やクラックを発生させる虞がなくなり好ましい。

温度差と熱膨張差から生じる応力は外表面である絶縁層５の表面に現れやすいが、表面を凹凸面５０とすると前記と同様に応力を分散させることができることから、絶縁層５や抵抗発熱体４の剥離やクラックの発生を防止することができる。

また、図２及び図３に示すように、板状セラミック体２の抵抗発熱体４及び／または上記絶縁層５の表面の凹凸面５０は略格子状であると応力緩和効果が大きく好ましい。格子状であると応力が前後左右に分散し易いことが応力緩和効果を発現する原因と考えられる。

また、上記格子状の溝は１ｍｍ幅当たり０．２〜８０本、さらに望ましくは０．４〜４０本とすることが好ましい。この溝が１ｍｍ幅当たり０．２本を下回ると応力緩和の効果が小さく、抵抗発熱体４を繰り返し加熱冷却すると抵抗発熱体４が剥離したりクラックが発生する虞があった。

また、上記溝が１ｍｍ当たり８０本を越えると溝が小さ過ぎて凹部４２、５２から抵抗発熱体４にクラックが入る虞があった。従って、凹凸面４０の溝を１ｍｍ当たり０．４〜８０本とすることによって、板状セラミック体２と抵抗発熱体４の熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体４の劣化損傷を抑えることができ、信頼性の高いウエハ加熱装置１を提供することができる。

尚、一見、抵抗発熱体４の劣化損傷を抑えるには、絶縁層５の厚みを厚くすれば良いかのように思えるが、保護層となる絶縁層５といえども抵抗発熱体４とは異なる材料であるため、相互の熱膨張差によって応力緩和効果が薄れてしまう。すなわち、厚すぎる絶縁層５は逆効果となり、絶縁層５を焼き付けた段階で絶縁層５に大きな応力が働き、信頼性が低下してしまう虞があるからである。そこで、本発明では、絶縁層５全体を厚くすることなく抵抗発熱体４の劣化損傷を防ぐ手段として、板状セラミック体２の抵抗発熱体４及び／または絶縁層５を凹凸面、望ましくは略格子状の形状が有効であることを見いだした。

すなわち、抵抗発熱体４を覆う絶縁層５を略格子状とすることで、絶縁層５の略格子における突起部分が強力に抵抗発熱体４を抑え込み、抵抗発熱体４の剥離を生じせしめることがないのである。

また、絶縁層５全体が厚いわけではなく、略格子における凹部５２では熱膨張差による応力が緩和されているので、クラック等の不具合を発生することもない。このことは、板状セラミック体２と抵抗発熱体４にも同じことがいえ、抵抗発熱体４自身もまた略格子状の形状にする方が良い。

また、上記の凹凸面４０，５０は、凹部の厚み（ｔｖ）と凸部の厚み（ｔｐ）の比（ｔｐ／ｔｖ）×１００が１０５〜２００％であり、且つ上記抵抗発熱体４または上記絶縁層５の平均厚みが３〜６０μｍであると好ましい。このようにすることで、特に板状セラミック体２と抵抗発熱体４の熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体４の劣化損傷を抑えることができ、極めて信頼性の高いウエハ加熱装置１とすることができる。

比（ｔｐ／ｔｖ）×１００の値が１０５％未満だと熱交換が悪くクラックが発生するまでの昇降温試験回数が４２００回を下回る虞があり好ましくない。

また、比の値が２００％を超えると凸部４１と凹部４２の差が大きすぎて温度差が大きくなりクラックが発生する昇降温試験回数が低下する虞があった。

また、絶縁層５の平均厚みが３μｍ未満だと印刷法で抵抗発熱体４を形成すると厚みバラツキが３０％以上と大きくなりウエハ９０の表面温度差が大きくなる虞があった。

また、絶縁層５の平均厚みが６０μｍを超えると板状セラミック体２との熱膨張係数の違いから絶縁層５に微小なクラックが発生し易くなるという問題がある。

尚、凹部の厚み（ｔｖ）とは各凹部４２，５２の中心の５箇所の平均値で示すことができる。また、凸部の厚み（ｔｐ）は各凸部４１，５１の最大厚み５箇所の平均として求める事ができる。更に、平均厚みは上記凹部４２，５２の厚みと凸部４１，５１の厚みの平均値として求めることができる。

また、前記抵抗発熱体４は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇから選ばれる少なくとも２種以上の金属とガラスの複合材料とするのが良い。この理由としては、貴金属であるため、本質的に耐酸化性が高いことと、これら貴金属を強固に保持するガラスとのマッチングが良いためである。

尚、好ましくは、ＰｔとＡｕとガラス、またはＰｔとＡｇとガラスからなる抵抗発熱体４が良く、このうちガラスについては、前記絶縁層５と同一成分からなるガラスであると更に好ましい。これによって、抵抗発熱体４と絶縁層５との融着性が高まり、互いの剥離やクラックを生じにくくすることができる。

さらに、抵抗発熱体４を構成する複合材料の割合は、ＰｔとＡｕを用いた場合、Ｐｔ：Ａｕ：ガラス＝２０〜４０：１０〜３０：４０〜６０質量％が良く、特に好ましくはＰｔ：Ａｕ：ガラス＝３０：２０：５０質量％とするのが良い。

一方、ＰｔとＡｇを用いた場合、Ｐｔ：Ａｇ：ガラス＝２０〜４０：１０〜３０：４０〜６０質量％が良く、特に好ましくはＰｔ：Ａｇ：ガラス＝３０：２０：５０質量％とするのが良い。

なお、ここでいうガラスは、特にＺｎＯを主成分とするＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３ −ＳｉＯ_２−ＭｎＯ_２系の結晶化ガラスが良い。さらに、好ましくはＺｎＯが５０〜７０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が２０〜３０質量％、ＳｉＯ_２が５〜２０質量％、ＭｎＯ_２が１〜３質量％のガラスが良い。

また、前記絶縁層５はガラスを主成分とするものが良く、特にＺｎＯを主成分とするＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３ −ＳｉＯ_２系の結晶化ガラスが良い。さらに、好ましくはＺｎＯが５０〜７０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が２０〜３０質量％、ＳｉＯ_２が５〜２０質量％、ＭｎＯ_２が１〜３質量％のガラスが良い。このガラスの結晶化温度は、７４０℃程であり、熱膨張係数が４ｐｐｍ／℃程となる。したがって、板状セラミック体２を成す炭化珪素や窒化アルミニウムとの熱膨張差が比較的小さい上、３００℃以下で使用するウエハ加熱装置１としては、十分な耐熱性を得ることができる。そして、抵抗発熱体４と板状セラミック体２との熱膨張差は３．０×１０^−６／℃以下であるものが、略格子状の構造をした絶縁層５によって互いの熱膨張差をより吸収しやすいといえ、特に好ましい。

しかし、他のＰｂＯを主成分とするＰｂＯ−ＳｉＯ_２ 、ＰｂＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２ 系、ＰｂＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系のガラスは、有毒なＰｂを含有する上、結晶化温度が５００℃以下と低く、好ましくない。

このようにして、板状セラミック体２の一方の主面をウエハを載せる載置面とするとともに、他方の主面に１または２回路以上の抵抗発熱体４を形成し、この抵抗発熱体４の一部または全てに対しての形状を有する絶縁層５を設けたウエハ加熱装置１を得ることができる。

そして、上記ウエハ加熱装置１において、抵抗発熱体４を発熱してウエハ９０を加熱することができ、冷却時は抵抗発熱体４への通電を止めて冷却するが、冷却時ガス噴射口１２から冷却ガスとして空気を噴射し抵抗発熱体４や板状セラミックス体２を冷却することが好ましい。そして、この冷却ガスを先の凹凸面４０，５０に吹き付けると凹凸面４０，５０とガスとの間で熱交換が容易に行われ、板状セラミックス体２を効率よく冷却することができることが判明した。

また、抵抗発熱体４及び／または絶縁層５の表面に格子状の凹凸面４０，５０を形成するにあたっては、抵抗発熱体４及び／または絶縁層５の原料をペースト状としてスクリーン印刷する方法を利用することができる。すなわち、スクリーン印刷に用いる製版形状を利用して形成したり、転写法等によって加工を施して形成すれば良い。具体的には、抵抗発熱体４及び／または絶縁層５となるペーストの粘度を３０００ポイズ以上に大きくして網目状の製版を使って印刷を行い、略格子状の抵抗発熱体４及び／または絶縁層５を直接印刷して形成することができる。

また、一旦平滑に印刷した抵抗発熱体４及び／または絶縁層５が乾燥〜硬化する前に、ディンプル状の冶具を押しつけて、略格子状の形状を印刷面に転写形成する方法がある。

このような印刷面をガラスの結晶化温度付近で焼成することによって、略格子状の抵抗発熱体４及び／または絶縁層５を得ることができる。

なお、抵抗発熱体４及び／または絶縁層５は、抵抗発熱体４の表面だけに限定して形成する必要はなく、下地の板状セラミック体２などに広がっていても全く問題はなく、また抵抗発熱体４の全面を覆っている必要もない。つまり、冷媒が吹き付けられる部分など、局所的に応力が大きく、クラックの発生しやすい部分だけ抵抗発熱体４及び／または絶縁層５を形成しても良い。

このような表面が略格子状の凹凸面４０，５０である抵抗発熱体４及び／または絶縁層５は、その全体が厚いわけではなく、略格子における凹部４２では熱膨張差による応力が緩和されているので、抵抗発熱体４や絶縁層５にクラック等の不具合を発生することがない。

すなわち、本発明によって、板状セラミック体２と抵抗発熱体４及び／または絶縁層５の熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体４及び／または絶縁層５の劣化損傷を抑えることが可能な極めて信頼性の高いウエハ加熱装置を得ることができる。

次に本発明のその他の構成について説明する。

板状セラミック体２をヤング率の大きなセラミック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、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。

ところで、このような特性を満足するには、板状セラミック体２の板厚を２ｍｍ〜７ｍｍとすることが良い。これは、板厚ｔが２ｍｍ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板状セラミック体２として効果が小さく、抵抗発熱体５におけるジュール熱のばらつきがそのまま載置面３の温度ばらつきとして表れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚ｔが７ｍｍを越えると、板状セラミック体２が高熱伝導率を有する炭化珪素質や窒化アルミ等のセラミック体であると言えども、金属と比較して熱伝導率が小さいために、板状セラミック体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処理温度から室温付近に冷却するまで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。

また、有底の金属製のケース１１の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状セラミック体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、板状セラミック体２と有底の金属製のケース１１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。

そして、ウエハ９０は、不図示のウエハ支持ピン１０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ことができる。

次に、ウエハ支持ピン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、ウエハ９０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。

なお、板状セラミック体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（Ａｌ_２Ｏ_３）イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）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。

一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミック体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体２と抵抗発熱体４との間の絶縁を保つ絶縁層５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５として機能しなくなる。その為、絶縁層５としてガラスを用いる場合、絶縁層５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。

さらに、板状セラミック体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５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。

また、板状セラミック体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たものを、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。

板状セラミック体２に対する抵抗発熱体４の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層５を形成することもある。ただし、抵抗発熱体４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。

この絶縁層５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体２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し、−５×１０^−７／℃〜＋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。

なお、ガラスからなる絶縁層５を板状セラミック体２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストをスクリーン印刷法等にて塗布したあと、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５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体２を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層５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５との密着性を高めることができる。

以下本発明の実施例と比較例について説明する（以下、実施例と比較例に共通する部分を示す符号はいずれか一方で示す場合もある）。

熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、比重が３．２、吸水率０％の窒化アルミ質焼結体に研削加工を施し、板厚を変えながら外径３００ｍｍの円盤状をした板状セラミック体２を複数製作した。

次いで、板状セラミック体２の上に抵抗発熱体４を被着するため、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇとガラスの各粉末を混合したペーストを、スクリーン印刷法にて抵抗発熱体４のパターン形状に印刷した。ペーストは印刷性を高めるために、粘度を１００ポイズ程の非常に流動性の高い状体にしておいたので印刷後の凹凸面４０，５０が自然に埋め合わされ、製版のメッシュサイズにかかわらず、極めて平滑な印刷表面に仕上がった。

そして、この印刷面が完全に乾燥する前に、大きさを様々に変化させたディンプル状の冶具を押しつけて、略格子状の形状を転写した。印刷直後の抵抗発熱体４は保形性に乏しいため、略格子状の形状が転写されず、一方完全に乾燥した抵抗発熱体４は硬度が高く転写されないという問題が生じた。

しかし、抵抗発熱体４を印刷した後、８０℃×１０分程で乾燥させた条件に対しては、略格子状の形状の転写が可能であった。しかる後、略格子状の凹凸面４０，５０を備えた抵抗発熱体４を形成した板状セラミック体２をガラスの結晶化温度付近である７００℃で焼成することによって、表１に示すさまざまな抵抗発熱体４を得ることができた。

なお、抵抗発熱体４は焼成によっては数％程の割合で焼成収縮するために、この収縮率をあらかじめ見込んだ大きさのディンプル状の冶具を用いれば良かった。

ここでは、ディンプル状の冶具によって、略格子状の形状を転写する方法を示したが、スクリーン印刷時に用いる製版のメッシュそのものを利用して略格子状の形状を形成することも可能であった。具体的には、印刷性はやや劣るものの、粘度を３０００ポイズ程の非常に粘性および保形性の高い抵抗発熱体用のペーストを用いて、ＪＩＳ Ｒ６００２に基づく４０〜６００メッシュの製版を使って印刷することで、印刷後の面には製版の跡が残り、そのまま乾燥〜焼成することで、格子状の溝が１ｍｍ幅当たり０．２〜８０本の凹凸形状を形成することが可能であった。すなわち、格子状の溝を変更したい場合は、形成したい格子形状に見合ったメッシュサイズを選定すれば良かった。このように、スクリーン印刷時に用いる製版のメッシュによって、略格子状の形状を作る方法は、ディンプル状の冶具が不要となり、工程が簡素化されるので、都合が良い。もちろん、抵抗発熱体４のペーストは焼成によっては数％程の割合で焼成収縮するために、この収縮率をあらかじめ見込んだ大きさのメッシュサイズにすれば良いことはいうまでもない。

この後、抵抗発熱体４に略格子状の凹凸面４０、５０を備えた絶縁層５を形成した。略格子状の凹凸面４０，５０を備えた絶縁層５を形成する方法として、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、まず平滑に印刷した。その後、前記抵抗発熱体４と同様に、ガラスペーストが完全に乾燥する前に、大きさを様々に変化させたディンプル状の冶具を押しつけて、略格子状の形状を転写した。しかる後、抵抗発熱体４に略格子状の絶縁層５を形成した板状セラミック体２をガラスの結晶化温度付近である７００℃で焼成することによって、略格子状の絶縁層５を得た。

なお、ガラスペーストも焼成によっては数％程の割合で焼成収縮するために、この収縮率をあらかじめ見込んだ大きさのディンプル状の冶具を用いれば良かった。

ここでは、ディンプル状の冶具によって、略格子状の形状を転写する方法を示したが、スクリーン印刷時に用いる製版のメッシュそのものを利用して略格子状の形状を形成することも可能であった。具体的には、ＪＩＳ Ｒ６００２に基づく４０〜６００メッシュの製版を用いることで、格子状の溝が０．２〜８０本／ｍｍの凹凸形状を形成することが可能であった。

すなわち、格子状の溝を変更したい場合は、形成したい格子形状に見合ったメッシュサイズを選定すれば良いことは言うまでもない。このように、スクリーン印刷時に用いる製版のメッシュを利用した略格子状の形状を作る方法は、ディンプル状冶具が不要となり、工程が簡素化されるので、都合が良い。もちろん、ガラスペーストは焼成によっては数％程の割合で焼成収縮するために、この収縮率をあらかじめ見込んだ大きさのメッシュサイズにすれば良いことはいうまでもない。

上記のような板状セラミック体２にケース１１を取り付けウエハ加熱装置１を作製した。

そして、これに２００Ｖを印加して、室温３００℃まで昇温させたのち、冷媒を排出口より排出させ、急速に３００℃から室温に冷却させる加熱冷却サイクル試験を、繰り返し行った。そして、加熱冷却サイクルの回数と、抵抗発熱体４が剥離またはクラックと関係を調べた。

尚、加熱冷却サイクルの初回において、３００℃から５０℃に至るまでの時間を冷却時間として測定した。

この結果を表１に示す。

このように、抵抗発熱体４及び／または絶縁層５の表面に略格子状の形状等、凹凸面４０，５０を持ったウエハ加熱装置１の試料Ｎｏ．２〜３１は、加熱冷却サイクルが４０００回を越えても抵抗発熱体４が剥離したりクラックが発生することが無く好ましいことが分った。

しかし、比較例である試料Ｎｏ．１のように抵抗発熱体４の表面が平坦なウエハ加熱装置１は、２４００サイクルで抵抗発熱体４にクラックが発生し、実用に耐えなかった。

また、板状セラミック体２の抵抗発熱体４及び／または絶縁層５に形成する前記凹凸面４０，５０は略格子状で、この格子状の溝を１ｍｍ幅当たり０．２〜８０本としたウエハ加熱装置１の実施例である試料Ｎｏ．６〜９は、板状セラミック体２と抵抗発熱体４及び／または絶縁層５の熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体４及び／または絶縁層５の劣化損傷を抑えることができることから抵抗発熱体４にクラックや剥離が発生するまでの回数が９０００回と多く、信頼性の高いウエハ加熱装置１とすることができることがわかった。

また、さらに、上記の凹凸面４０、５０は、凹部の厚み（ｔｖ）と凸部の厚み（ｔｐ）の比（ｔｐ／ｔｖ）×１００が１０５〜２００％であり、且つ上記抵抗発熱体４または上記絶縁層５の平均厚みが３〜６０μｍである試料Ｎｏ．１２〜１５は、クラックや剥離が生じるまでの加熱冷却サイクルが、１００００回とさらに大きく好ましいことが分った。

そして、特に信頼性の高いウエハ加熱装置１とすることができることがわかった。

また、抵抗発熱体４や絶縁層５の表面を凹凸面４０，５０とした実施例である試料Ｎｏ．２〜３１は何れも凹凸面４０，５０のない比較例である試料Ｎｏ．１と比べ冷却時間が、３００秒以下と小さかったのに比べ、凹凸面４０，５０、特に略格子状の溝があると冷却時間が小さく好ましいことが分った。

なお、該ガラスにおいては、ＺｎＯを主成分とするＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３ −ＳｉＯ_２−ＭｎＯ_２系の結晶化ガラスが良かった。さらに、好ましくはＺｎＯが５０〜７０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が２０〜３０質量％、ＳｉＯ_２が５〜２０質量％、ＭｎＯ_２が１〜２質量％のガラスを絶縁層とする実施例である試料Ｎｏ．１７〜１９は加熱冷却サイクルが１５０００〜２３２００回と大きく最も好ましいことが分った。

また、抵抗発熱体４は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇから選ばれる少なくとも２種以上の金属とガラスとするのが良く、さらにこの割合は、重量比でＰｔ：Ａｕ：ガラス＝３０：２０：５０質量％、またはＰｔ：Ａｇ：ガラス＝３０：２０：５０質量％となるようにするのが良かった。

なお、それぞれの誤差は±５質量％以内とするのが良かった。

ところで、絶縁層５は、抵抗発熱体４の表面だけに限定して形成する必要はなく、下地の板状セラミック体２などに広がっていても全く問題なかった。

本発明のウエハ加熱装置の断面図である。 （ａ）は本発明のウエハ加熱装置の板状セラミック体の斜視断面図、（ｂ）は同断面図である。 本発明のウエハ加熱装置の板状セラミック体の斜視断面図である。 本発明のウエハ加熱装置の板状セラミック体の表面図である。 従来のウエハ加熱装置の断面図である。

符号の説明

１：ウエハ加熱装置
２：板状セラミック体
３：載置面
４：抵抗発熱体
４０：抵抗発熱体の凹凸面
４１：抵抗発熱体の凸部
４２：抵抗発熱体の凹部
５：絶縁層
５０：絶縁層の凹凸面
５１：絶縁層の凸部
５２：絶縁層の凹部
６：給電部
１１：ケース
８２：ガス噴射口
９０：ウエハ
Ｔｖ：凹部の厚み
Ｔｐ：凸部の厚み

Claims (10)

1. 板状セラミック体の一方の主面をウエハを載せる載置面とするとともに、他方の主面に１または２回路以上の帯状の抵抗発熱体を備えたウエハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体の表面が凹凸面であることを特徴とするウエハ加熱装置。
2. 上記抵抗発熱体の一部または全てを被覆する絶縁層を備え、該絶縁層の表面が凹凸面であることを特徴とする請求項１に記載のウエハ加熱装置。
3. 上記凹凸面は略格子状の溝であることを特徴とする請求項１または２に記載のウエハ加熱装置。
4. 上記略格子状の溝が１ｍｍ幅あたり０．２〜８０本で並列していることを特徴とする請求項３に記載のウエハ加熱装置。
5. 上記抵抗発熱体または上記絶縁層の凹凸面は、凹部の厚み（ｔｖ）と凸部の厚み（ｔｐ）の比（ｔｐ／ｔｖ）×１００が１０５〜２００％であり、且つ上記抵抗発熱体または上記絶縁層の平均厚みが３〜６０μｍであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のウエハ加熱装置。
6. 前記抵抗発熱体は、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇから選ばれる少なくとも２種以上の金属とガラスとからなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウエハ加熱装置。
7. 前記絶縁層は、ガラスを主成分とすることを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載のウエハ加熱装置。
8. 上記凹凸面にガスを吹き付けて冷却する手段を有することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のウエハ加熱装置。
9. 前記抵抗発熱体の各々に独立して電力を供給する給電部と、該給電部を囲むケースとを有し、該ケースに上記板状セラミック体を冷却するためのガス噴射口を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のウエハ加熱装置。
10. 上記請求項１〜９の何れかに記載のウエハ加熱装置の凹凸面をスクリーン印刷により形成することを特徴とするウエハ加熱装置の製造方法。

Images