JP2006066742A - Heater and wafer heating device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
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ヒータに関するものである。 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 heater suitable for forming a resist film by dry baking.
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)を加熱するためのヒータが用いられている。 2. Description of the Related Art A heater 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.
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枚ずつ加熱する枚様式とがあり、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ェハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴い、セラミック製のヒータが広く使用されている。 The conventional semiconductor manufacturing apparatus has a batch type that heats a plurality of wafers at once and a sheet type that heats one wafer at a time, and the single wafer type has excellent temperature controllability. As miniaturization and improvement in accuracy of wafer heat treatment temperature are required, ceramic heaters are widely used.
このようなセラミック製のヒータとして、例えば特許文献1や特許文献2には、図16に示すようなセラミック製のヒータ71が提案されている。
As such a ceramic heater, for example,
このセラミック製のヒータ71は、板状体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、板状体72の下面に、例えば図17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。
This ceramic heater 71 has a plate-
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。
Furthermore, a
ところで、このようなヒータ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ためには、ウェハの温度分布を均一にすることが重要である。その為、これまでウェハの面内の温度差を小さくするため、抵抗発熱体75の抵抗分布を調整したり、抵抗発熱体75の温度を分割制御することが行われている。しかし、印刷法で作製した抵抗発熱体は膜厚がばらつき設計通りの抵抗値が得られないとの問題があり、そこで、前記抵抗分布を調整する方法として特許文献3、特許文献4や特許文献5に記載のようなレーザビームで溝を形成して抵抗調整する方法が開示されている。
By the way, in such a heater 71, it is important to make the temperature distribution of the wafer uniform in order to form a homogeneous film on the entire surface of the wafer W and to make the heating reaction state of the resist film uniform. . Therefore, until now, in order to reduce the temperature difference in the surface of the wafer, the resistance distribution of the
また、特許文献6のように抵抗発熱体を波状にし、波状部をレーザにてトリミングする方法や、抵抗発熱体の帯の端にレーザで複数の溝mを形成し、抵抗調整をしたヒータによりウェハWの温度分布を良くする方法が特許文献7に開示されている。 Further, as in Patent Document 6, the resistance heating element is corrugated and the corrugated portion is trimmed with a laser, or a plurality of grooves m are formed with a laser at the end of the band of the resistance heating element, and the resistance is adjusted. A method for improving the temperature distribution of the wafer W is disclosed in Patent Document 7.
しかし、ウェハ面内の温度差は小さくなるが、ウェハWの表面全体に均質な膜を形成するには未だ不十分であり、温度分布を更に均一に加熱できるようなヒータが求められていた。
しかしながら特許文献6や特許文献7のような方法では、ある程度温度分布を良くすることは可能であるが、前記方法で形成したヒータは加熱・冷却を繰り返すうちに抵抗値が変化し、そのことによりウェハ表面の均熱バランスが崩れ、ウェハ表面の温度差が0.4℃を越えて大きくなるとの問題があった。 However, in the methods such as Patent Document 6 and Patent Document 7, it is possible to improve the temperature distribution to some extent. However, the resistance value of the heater formed by the above method changes as heating and cooling are repeated. There is a problem that the soaking balance on the wafer surface is lost and the temperature difference on the wafer surface exceeds 0.4 ° C.
そこで、本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、板状体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、前記抵抗発熱体の帯の長手方向に略並行な溝を備えたヒータにおいて、前記抵抗発熱体は絶縁性組成物と導電性組成物の複合材からなり、上記溝の表面の導電性組成物の密度が上記抵抗発熱体の内部の導電性組成物の密度より小さいことを特徴とする。 Thus, as a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have provided a belt-like resistance heating element on the surface of the plate-like body, and a heater provided with a groove substantially parallel to the longitudinal direction of the band of the resistance heating element. The resistance heating element is made of a composite material of an insulating composition and a conductive composition, and the density of the conductive composition on the surface of the groove is smaller than the density of the conductive composition inside the resistance heating element. Features.
また、板状体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、前記抵抗発熱体の帯の長手方向に略並行な溝を備えたヒータにおいて、前記抵抗発熱体は絶縁性組成物と導電性組成物の複合材からなり、上記溝の表面の導電性組成物が円形であることを特徴とする。 Further, in the heater provided with a strip-like resistance heating element on the surface of the plate-like body, and provided with a groove substantially parallel to the longitudinal direction of the strip of the resistance heating element, the resistance heating element includes an insulating composition and a conductive composition. And the conductive composition on the surface of the groove is circular.
また、板状体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、前記抵抗発熱体の帯の長手方向に略並行な溝を備えたヒータにおいて、前記抵抗発熱体は絶縁性組成物と導電性組成物の複合材からなり、上記溝の表面の明度が上記抵抗発熱体の表面の明度より小さいことを特徴とする。 Further, in the heater provided with a strip-like resistance heating element on the surface of the plate-like body, and provided with a groove substantially parallel to the longitudinal direction of the strip of the resistance heating element, the resistance heating element includes an insulating composition and a conductive composition. The lightness of the surface of the groove is smaller than the lightness of the surface of the resistance heating element.
また、上記溝の表面の導電性組成物の平均径が1〜20μmであることを特徴とする。 Moreover, the average diameter of the conductive composition on the surface of the groove is 1 to 20 μm.
また、上記抵抗発熱体は、その断面において多数の前記導電性粒子に囲まれた前記絶縁性組成物の塊を有することを特徴とする。 Further, the resistance heating element has a lump of the insulating composition surrounded by a large number of the conductive particles in its cross section.
また、板状セラミックス体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、前記抵抗発熱体の帯の長手方向に略並行で、長さが同等な複数の溝の群を有し、前記群は前記抵抗発熱体の帯の幅の中央部にあることを特徴とする。 The plate-like ceramic body has a strip-like resistance heating element, and has a group of a plurality of grooves that are substantially parallel to the longitudinal direction of the strip of the resistance heating element and have the same length. It is characterized by being in the center of the width of the belt of the heating element.
また、前記群の幅は、抵抗発熱体の帯の幅の90%以内にあることを特徴とする。 Further, the width of the group is within 90% of the width of the band of the resistance heating element.
また、前記溝の深さは、前記溝の幅の20%〜75%であることを特徴とする。 The depth of the groove is 20% to 75% of the width of the groove.
また、前記溝がレーザビームにより形成されたことを特徴とする。 Further, the groove is formed by a laser beam.
また本発明は、前記ヒータを用いて、板状セラミックス体の抵抗発熱体を形成した面と反対側に、ウェハを載せる載置面を備え、前記抵抗発熱体に独立して電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースとを備えてウェハ加熱装置を構成したことを特徴とする。 According to the present invention, the heater is provided with a mounting surface on which a wafer is placed on the side opposite to the surface on which the resistance heating element of the plate-like ceramic body is formed, and power is supplied independently to the resistance heating element. And a metal case that surrounds the power supply unit to form a wafer heating apparatus.
ウェハ面内の温度差が0.4℃以下と小さく優れており、加熱・冷却を繰り返しても抵抗発熱体の抵抗値の変化量が小さくウェハの温度ばらつきが小さいヒータを提供できる。 The temperature difference within the wafer surface is as small as 0.4 ° C. or less, and it is possible to provide a heater in which the variation in resistance value of the resistance heating element is small and the temperature variation of the wafer is small even when heating and cooling are repeated.
以下本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1は本発明に係わるヒータ1をウェハ加熱装置として用いた場合の例を示す断面図であり、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を具備した均熱板100を備え、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が板状体2の他方の主面の周辺部に固定されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a case where a
また、ウェハリフトピン14は板状セラミック体2を貫通する孔を通してウェハWを上下に移動させて、ウェハWを載置面3に載せたり取り外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10で板状体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。
Further, the
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ぐこともできる。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。
The wafer W is held in a state of being lifted from the mounting surface 3 by the wafer support pins 8, and temperature variations due to, for example, contact of the wafer W can be prevented. Further, when the
抵抗発熱体5中に含まれる導通性組成物として、耐熱性および耐酸化性が良好なPt族金属、Au、もしくはこれらの合金を主成分とするものを使用することが好ましい。また、抵抗発熱体5は、板状体2との密着性および抵抗発熱体5自体の焼結性を向上させるために、30〜75重量%のガラス成分からなる絶縁性組成物を含むことが好ましい。
As the conductive composition contained in the
図2は渦巻き状の抵抗発熱体5の1例を示す。図3は、他の抵抗発熱体5の例を示す。この抵抗発熱体5は、板状体2の外周部に位置する同心円状の円弧状の抵抗発熱体5と中心部の同心円状の複数の抵抗発熱体5とからなる。また、均熱性を改善するため、周辺部に4個と中心部に2個のパターンからなる合計6個のパターンに抵抗発熱体5を分割している。何れも載置面3を均一に加熱できる抵抗発熱体5であれば良い。
FIG. 2 shows an example of a spiral
図4は抵抗発熱体5の他の例を示す。抵抗発熱体5は周辺部に4個と中心部に1個の合計5個の抵抗発熱体5に分割されている。
FIG. 4 shows another example of the
何れも抵抗発熱体5の幅は1〜20mmで厚みが5〜50μmであり、スクリーン印刷法で形成することができる。そして、帯状の抵抗発熱体5の帯の中心線を基準にウェハW面内の温度差が小さくなるようにパターン形状が設計されている。
In any case, the
本発明のヒータ1は、板状体2の表面に帯状の抵抗発熱体5を備え、前記抵抗発熱体5の帯の長手方向に略並行な溝mを備えたヒータ1において、前記抵抗発熱体5は絶縁性組成物52と導電性組成物51の複合材からなり、上記溝の表面の導電性組成物51の密度が上記抵抗発熱体5の内部の導電性組成物51の密度より小さいことを特徴とする。
The
図5に示すように抵抗発熱体5に形成する溝mの表面の導電性組成物51aの密度を前記抵抗発熱体5の内部の導電性組成物51の密度よりも小さくすることにより溝mの表面の比抵抗の値が溝の表面より内部の比抵抗の値と比較して大きくなる。そのため溝mの表面に流れる電流が小さくなり表面の微小クラックの成長を抑制する事ができるからである。
As shown in FIG. 5, the density of the
レーザビームにより溝mを形成する際に溝mの表面に微小クラックが発生し、抵抗発熱体5に通電を繰り返すと、微小クラックが成長し、抵抗値の変化が生じ、ウェハWの面内温度差が大きくなり均熱性を保つ事が困難になる虞があるが、溝mの表面の導電性組成物51aの密度を小さくすることで微小クラックの成長を防止できるからである。
When the groove m is formed by the laser beam, a micro crack is generated on the surface of the groove m, and when the
溝mの表面の導電性組成物51aの密度を小さくするには、図6に示すように抵抗発熱体5の絶縁性組成物52の粒径を導電性組成物51の粒径よりも大きくすることで前記導電性組成物51の分散に偏りを持たせたり、平均粒径が0.5〜1.5μmの導電性組成物51を凝集させたペーストを使用して達成することができる。このように凝集させたペーストを使い抵抗発熱体5を形成しそれにレーザ光で溝を形成すると凝集した導電性組成物51が適度に集合し大きな粒径の導電成組成物を作製できると考えられる。
In order to reduce the density of the
上記の導電性組成物51と絶縁性組成物52を使いレーザ光で溝mを形成すると絶縁性組成物52、及び導電性組成物51が溶融し再凝固させて、溝mの表面の導電性組成物51aは表面張力により図5のように大きな円形とすることが好ましい。円形とすることにより導電性組成物51aと絶縁性組成物52の界面に生じる熱応力を緩和することができるからである。
When the groove m is formed by laser light using the
尚、上記の円形とは溝の表面の導電性組成物51を走査顕微鏡で観察し、抵抗発熱体の表面に直角な方向に換算した導電性組成物51の形状において、導電性組成物51の外形に対し外接円と内接円の直径D1、D2の差((D1−D2)/D2)×100が30%以内であるものを円形とした。
The circular shape means that the
また、本発明のヒータ1は、溝mの表面の明度が抵抗発熱体5の表面の明度より小さいことを特徴とする。
Further, the
溝mを形成した抵抗発熱体5の金属顕微鏡写真を撮影し、その溝mの明度が抵抗発熱体5の溝mの無い部分の抵抗発熱体5の明度より小さいことが特徴である。
A metal micrograph of the
抵抗発熱体5の溝mの表面は導電性組成物51の密度が小さいことから、導電性組成物51による光の反射量が減少し溝mのない部分と比べ明度が低下していると考えられる。溝mの明度が小さいと溝mの表面電流が溝mのない抵抗発熱体5の表面より小さくなり抵抗発熱体5を急速に加熱したり冷却する温度サイクルを繰り返しても溝mの表面からクラックが発生したりして抵抗発熱体5の抵抗が変化したり断線する虞がなく優れた特性を得ることができる。
Since the density of the
また、溝mの表面の導電性組成物51の平均粒径が1〜20μmであることが好ましい。このように溝mの表面の導電性組成物51の粒径を大きくすることで導電性組成物51の数を減少させ表面の密度を小さくする事ができて好ましい。上記導電性組成物51の平均粒径が1μmを下回ると応力緩和の効果が小さく、溝mの表面から抵抗発熱体5の内部にクラックが伸展する虞があった。
Moreover, it is preferable that the average particle diameter of the
また、上記導電性組成物51の平均粒径が20μmを上回ると導電性組成物51の粒径が大きすぎて、導電性組成物51と絶縁性組成物52の界面でクラックが発生する虞があった。更に好ましくは5〜10μmである。
Further, if the average particle size of the
尚、導電性組成物51の密度は、溝mと内部の反射電子顕微鏡写真から導電性組成物51が占める面積比率を画像解析等で求め算出することができる。また、上記導電性組成物51の平均粒径は画像解析して求める事ができる。
The density of the
また、上記溝mの導電性組成物51の密度を小さくするには、先にも述べたように多数の導電性組成物51からなる導電性粒子に囲まれた絶縁性組成物52の塊があることが好ましい。このように絶縁性組成物の塊があると、レーザ光で溝mを形成すると溝m表面の導電性組成物51aの径が大きくなり密度を低下させることができるからである。
Further, in order to reduce the density of the
また、本発明のヒータ1の溝mは、抵抗発熱体5の帯の長手方向に略並行な複数の溝mの群gを有し、前記群gは前記抵抗発熱体5の帯の幅の中央部にあることが好ましい。
Further, the groove m of the
図9のような抵抗発熱体5の長手方向に垂直な断面図では群gで分けた抵抗発熱体5の両側の抵抗発熱体5a、5bの断面積がほぼ等しくなる。すなわち抵抗発熱体5a、5bの抵抗値が略等しくなる。そのため抵抗発熱体5a、5bの幅方向で左右略均等の発熱量となり、群gを形成して抵抗発熱体5の部分的な抵抗値のバラツキを調整しても抵抗発熱体5の帯の幅方向の中心線が設計位置から大きく変わることがなく、設計した抵抗発熱体5に溝mを形成して抵抗調整することで均熱板100を均一に加熱することができることからウェハW面内の温度差を小さくすることができる。
In the sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the
一方、図13や図14のように群gの幅方向の中心が抵抗発熱体5の幅方向の中央からずれた場合、抵抗発熱体5の帯の断面積の大きな面に大きな電流が流れ、その部分が発熱し易くなる。そのため抵抗発熱体5の帯の幅方向で左右の発熱バランスが崩れ幅方向で温度差が生じることから、ウェハWの面内温度差が大きくなる虞がある。
On the other hand, when the center in the width direction of the group g is shifted from the center in the width direction of the
また群gの幅Wgは抵抗発熱体5の帯の幅Whの90%以内にあることが好ましい。なぜなら通常微細で複雑な抵抗発熱体5はスクリーン印刷法で形成されることから、スクリーン印刷法で形成された抵抗発熱体5の断面積は図10のように抵抗発熱体5の帯の幅の左右5%の領域の厚みが小さくなっているからである。また、レーザビーム等で溝mを形成するが、溝mの大きさはレーザビームの出力と照射時間で決まり、通常溝mを加工中は出力や照射時間は変更されないことから、溝mの深さは略同等となる。そこで、周辺部の厚みの小さな領域を除く抵抗発熱体5の帯の幅の90%以内の箇所に溝mを形成した場合、溝mが抵抗発熱体5を貫通する虞がなく、溝mの底部にクラックを発生する虞が小さく好ましい。更に好ましくは60%以内である。しかしながら抵抗発熱体5の帯の幅の90%を越えて溝mを形成した場合、抵抗発熱体5の両端の膜厚が薄い箇所に溝mが形成されることから、溝mが抵抗発熱体5を貫通したりレーザ光が板状体2に照射されて、微小クラックが生じる虞があるからである。更に、前記微小クラックが発生するとヒータ1に加熱・冷却を繰り返すとウェハW表面の温度差が大きくなり均熱性が悪くなる虞がある。最悪、板状体が破壊する虞があるからである。
The width Wg of the group g is preferably within 90% of the width Wh of the band of the
また、上記溝mの群gをなす各溝m1、m2・・の深さは、その溝mの幅Wmの20%〜75%の範囲であることが好ましい(溝深さ/溝幅=20〜75%)。なぜなら20%未満であると、一本の溝mの形成による抵抗値の変化が小さく抵抗値の調整範囲も小さくなることからウェハWの面内温度差を充分に小さくすることが困難になるからである。 Further, the depth of each of the grooves m1, m2,... Forming the group g of the grooves m is preferably in the range of 20% to 75% of the width Wm of the grooves m (groove depth / groove width = 20). ~ 75%). This is because if it is less than 20%, the change in resistance value due to the formation of one groove m is small and the adjustment range of the resistance value is also small, so it becomes difficult to sufficiently reduce the in-plane temperature difference of the wafer W. It is.
また、溝mの深さが幅Wmの75%を超えると、レーザのファーストパルスのエネルギーが大きく抵抗発熱体5の底部に微小クラックが発生し、加熱・冷却を繰り返すと微小クラックが成長し、抵抗発熱体5の抵抗値の変化が生じ、抵抗値が変化するとウェハWの面内温度差が大きくなり均熱性を保てなくなる虞があるからである。更に好ましくは30〜50%である。
Further, when the depth of the groove m exceeds 75% of the width Wm, the energy of the first pulse of the laser is large and a micro crack is generated at the bottom of the
また、抵抗発熱体5の帯の長手方向に略並行で、長さが同等な複数の溝m1、m2・・からなる群gをなし、前記帯に前記群gを複数備え、前記群g1と群g2との間隔Ggが前記帯の幅Whよりも小さいことが好ましい。
Further, a group g composed of a plurality of grooves m1, m2,... Approximately parallel to the longitudinal direction of the band of the
抵抗発熱体5はスクリーン印刷で形成されることから、抵抗発熱体5が形成される際に設計位置に対し微妙な位置ずれが発生する。そのため板状体2の設定位置と抵抗発熱体5の位置のずれが発生する。そこで、群g1と群g2との間隔Ggを設けることなく抵抗発熱体5に長い溝m1、m2、・・からなる群gを形成すると、図15のようにその微妙な位置ずれが拡大して始点P1で中心に合わせても終点P2では帯の幅の中心からずれた箇所に群gが形成される。そのため群gの終点P2に隣接する抵抗発熱体5の断面の左右で電流通路となる断面積が大きく異なり、抵抗発熱体5の帯の断面において、帯の左右で発熱量が異なりウェハWの面内温度差が大きくなる虞が生じる。
Since the
上記不具合の発生を防止するには図8に示すように上記群gを複数の群に分割して、複数の群g1と群g2との間隔Ggが抵抗発熱体5の帯の幅Whよりも小さいことが好ましい。このようにすることで、抵抗発熱体5の帯の左右の発熱量の変化が小さく、更に間隔Ggの部分が溝mで分けられた左右の帯のバイパスとなり電流の流れに偏りがなくなり発熱が均一となるためである。
In order to prevent the occurrence of the problem, the group g is divided into a plurality of groups as shown in FIG. 8, and the gap Gg between the plurality of groups g1 and g2 is larger than the width Wh of the band of the
一方前記間隔Ggが前記帯の幅Whよりも大きい場合その箇所Ggの発熱量が小さくなり加熱した際にその箇所がクールスポットとなり、ウェハWの温度がその箇所のみ低くなり全体の均熱性が悪くなる。そのため群gと群gの間隔Ggは帯の幅Whよりも小さいことが好ましい。 On the other hand, when the gap Gg is larger than the width Wh of the band, the amount of heat generated at the point Gg becomes small, and when heated, the point becomes a cool spot, and the temperature of the wafer W is lowered only at that point, resulting in poor overall heat uniformity. Become. Therefore, the gap Gg between the groups g is preferably smaller than the band width Wh.
また上記溝の群gと群gの間隔は1mm以下が好ましい。1mm以下であれば前記電流の偏りを防止できるとともにクールスポットを発生させる虞が少ないからである。 Further, the interval between the groups g of the grooves is preferably 1 mm or less. This is because if it is 1 mm or less, the bias of the current can be prevented and the possibility of generating a cool spot is small.
また、レーザトリミングは通常大気中で実施するので、抵抗発熱体5中に含まれる導通成分として、耐熱性および耐酸化性に良好な貴金属であるPtやAuもしくはこれらの合金を主成分とするものを使用することが好ましい。抵抗発熱体5としては絶縁層との密着性および抵抗発熱体自体の焼結性を向上させるために、30〜70重量%のガラス成分を混合することが好ましい。
In addition, since laser trimming is normally performed in the atmosphere, the main component is Pt, Au, or an alloy thereof, which is a noble metal having good heat resistance and oxidation resistance, as a conduction component contained in the
さらに本発明のセラミックヒータは、図1に示すように、均熱板100に抵抗発熱体5を備えてなるセラミックヒータを金属ケース19に接合し、給電部6に給電端子11を接続したものである。このとき、給電部6と給電端子11の接続手段を弾性体18による押圧としているため、均熱板100と金属ケース19の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し良好なウェハ加熱装置とすることができる。この押圧手段である弾性体18としては、図1に示すようなコイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧するようにしても構わない。
Further, as shown in FIG. 1, the ceramic heater of the present invention is obtained by joining a ceramic heater comprising a
これらの弾性体18の押圧力としては、0.3N以上の加重を給電端子11にかけるようにすればよい。弾性体18の押圧力を0.3N以上とする理由は、均熱板100および金属ケース19の膨張収縮による寸法変化に対し、それに応じて給電端子11が移動しなければならないが、装置の構成上給電端子11を均熱板100の下面から給電部6に押し当てるようにしているため、給電端子11の摺動部との摩擦により給電端子11が給電部6から離れることを防止するためである。
As a pressing force of these
また、給電端子11の給電部6との当接面側の形は、0.5〜4mmとすることが好ましい。さらに、給電端子11を保持する絶縁材は、その使用温度に応じて、200℃以下の温度では、ガラス繊維を分散させたPEEK(ポリエトキシエトキシケトン樹脂)材のものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラミック製の絶縁材を用いることが可能である。
Moreover, it is preferable that the shape of the contact surface side with the electric power feeding part 6 of the electric
このとき、給電端子11の少なくとも給電部6との当接部を、Ni,Cr,Ag,Au、ステンレスおよび白金族の金属のうち少なくとも1種以上からなる金属により形成することが好ましい。具体的には、給電端子11自体を上記金属で形成するか、または給電端子11と給電部6の間に上記金属からなる金属箔を挿入することにより、給電端子表面の酸化による接触不良を防止し、均熱板100の耐久性を向上させることが可能である。具体的には、前記給電部6と給電端子11の間にNi,Cr、Ag、Au、ステンレスおよび白金の金属のうち少なくとも1種以上からなる金属箔を挿入すると、電気的な接触の信頼性が増すと同時に、均熱板100と金属ケース19の温度差に起因する寸法差を金属箔の面の滑りで緩和できる。
At this time, it is preferable that at least the contact portion of the
また、給電端子11の表面にブレーチング加工やサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らすことにより接点が点接触となることを防止すると、さらに接触の信頼性を向上することができる。
Further, if the surface of the
なお、均熱板100は金属ケース19に、その開口部を覆うように設置してある。金属ケース19は、側壁部と一層もしくは、多層の板状構造部を有している。また該板状構造部には、均熱板100の抵抗発熱体5に給電するための給電部6と導通するための給電端子11が絶縁材を介して設置され、弾性体18により均熱板100の表面の給電部6に押圧されている。また、測温素子10は、均熱板100の中央部のウェハ載置面3の直近に設置され、測温素子10の温度を基に均熱板100の温度を調整する。抵抗発熱体5が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの抵抗発熱体5のブロックに測温素子10を設置する。
The soaking
また、均熱板100には、該均熱板100を冷却するためにガス噴射口12、およびガスを排気するための開口部を形成しても構わない。このように均熱板100の冷却機構を設けることにより、ウェハWの表面に半導体薄膜やレジスト膜を形成したり、表面をエッチングしたりすることによりタクトタイムを短縮することができる。
Further, the soaking
また、板状構造部は、2層以上とすることが好ましい。これを1層とすると、ウェハWの面内温度差が小さくなるのに時間がかかり好ましくない。なお、板状構造部の最上層のものは、均熱板100から5〜15mmの距離に設置することが望ましい。これにより、均熱板100と板状構造部の相互の輻射熱により均熱化が容易になり、また、他層との断熱効果があるので、ウェハWの面内温度差が小さくなるまでの時間が短くなる。また、冷却時は、ガス噴射口12から均熱板100の表面の熱を受け取ったガスが、順次層外に排出され、新しい冷却ガスが均熱板100の表面を冷却できるので、冷却時間が短縮できる。
Moreover, it is preferable that a plate-shaped structure part is made into two or more layers. If this is a single layer, it takes time to reduce the in-plane temperature difference of the wafer W, which is not preferable. The uppermost layer of the plate-like structure part is desirably installed at a distance of 5 to 15 mm from the
また、金属ケース19内に昇降自在に設置されたリフトピン14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。
Further, the lift pins 14 installed in the
そして、このヒータ1によりウェハ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ェハWをリフトピン14にて支持したあと、リフトピン14を降下させてウェハWを載置面3に載せる。
In order to heat the wafer W by the
均熱板100を例えば炭化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体により形成すると、熱を加えても変形が小さく、板圧を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間およ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。
If the soaking
板状体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、平板状に加工した後、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。
In the silicon carbide sintered body forming the plate-
また、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。 As the boron nitride sintered body, boron nitride as a main component is mixed with 30 to 45% by weight of aluminum nitride and 5 to 10% by weight of rare earth element oxide as a sintering aid. A sintered body can be obtained by hot-press firing at ° C. Another method for obtaining a sintered body of boron nitride is to mix and sinter borosilicate glass, but this is not preferable because the thermal conductivity is significantly reduced.
また、板状体2を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としての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1900〜2100℃で焼成することにより得られる。
In addition, the aluminum nitride sintered body forming the plate-
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、2100〜2200℃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。 The boron carbide sintered body is obtained by mixing 3 to 10% by weight of carbon as a sintering aid with boron carbide as a main component, and performing hot press firing at 2100 to 2200 ° C. be able to.
また、板状体2を形成する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Al2O3、さらに焼結体に含まれるSiO2量として1.5〜5重量%となるようにSiO2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SiO2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SiO2と、他の添加物に含まれる不純物としてのSiO2量と、雰囲気からの影響を含め意図的に添加したSiO2の総和である。
The silicon nitride-based sintered body forming the plate-
また、均熱板100の温度は、均熱板100にその先端が埋め込まれた測温素子10により測定する。測温素子10としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径1.0mm以下のシース型の熱電対を使用することが好ましい。また、均熱板100に埋め込まれた先端部に力が掛からないように測温素子10の途中が金属ケース19の板状構造部に保持されている。この測温素子10の先端部は、均熱板100に孔が形成され、この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材により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。
In addition, the temperature of the soaking
さらに、これらのヒータ1をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状体2としての窒化物を主成分とする材料を使用すると、大気中の水分等と反応してアンモニアガスを発生させレジスト膜を劣化させるため、この場合板状体2として、炭化珪素や炭化硼素の炭化物からなるものを使用することが好ましい。
Further, when these
また、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。これにより、ウェハW上に微細な配線を高密度に形成することが可能となる。 At this time, it is necessary that the sintering aid does not contain nitrides that may react with water to form ammonia or amines. Thereby, it is possible to form fine wirings on the wafer W with high density.
さらに、均熱板100の載置面3と反対側の主面は、平面度20μm以下、面荒さを中心線平均荒さ(Ra)で0.1〜0.5μmに研磨しておくことが好ましい。
Furthermore, it is preferable that the main surface opposite to the mounting surface 3 of the
一方、炭化珪素質焼結体を板状体2として使用する場合、半導電性を有する板状体2と抵抗発熱体5との間の絶縁を保つ絶縁層としては、ガラスまたは樹脂を用いることが可能である。ここで、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600μmを越えると、均熱板100を形成する炭化珪素質焼結体との熱膨張率差が大きくなりすぎるために、クラックが発生して絶縁層として機能しなくなる。そのため、絶縁層としてガラスを用いる場合、絶縁層の厚みは100〜600μmの範囲内で形成することが好ましく、望ましくは200〜350μmの範囲で形成することが良い。
On the other hand, when a silicon carbide sintered body is used as the plate-
また、板状体2を窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合は、板状体2に対する抵抗発熱体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、絶縁層を省略することが可能である。
When the plate-
この絶縁層を形成するガラスの特性としては、結晶質また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均熱板100を構成するセラミックの熱膨張係数に対し、−5〜+5×10−7/℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラスを用いると、均熱板100を形成するセラミックとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼き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。
The glass forming this insulating layer may be either crystalline or amorphous, and the heat expansion temperature is 200 ° C. or higher and the thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 to 200 ° C. constitutes the soaking
次に、絶縁層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に例えればレーザ加工等によってトリミングを施した際に絶縁層を傷つけ、絶縁層として機能しなくなる。逆に150μmを越えると、樹脂の焼き付け時に発生する溶剤や水分の蒸発量が多くなり、均熱板100との間にフクレと呼ばれる泡上の剥離部ができ、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。そのため、絶縁層として樹脂を用いる場合、絶縁層の厚みは30〜150μmの範囲で形成することが好ましく、望ましくは60〜150μmの範囲で形成することが好ましい。
Next, when a resin is used for the insulating layer, if the thickness is less than 30 μm, the withstand voltage is less than 1.5 kV and the insulation cannot be maintained, and the
また、絶縁層を樹脂により形成する場合、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、ポリアミド樹脂等を用いることが好ましい。
Further, when the insulating layer is formed of a resin, it is preferable to use a polyimide resin, a polyimide amide resin, a polyamide resin, or the like in consideration of heat resistance of 200 ° C. or more and adhesiveness with the
なお、ガラス層や樹脂からなる絶縁層を板状体2上に被着する手段としては、前記ガラスペーストまたは樹脂ペーストを均熱板の中心に適量落とし、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、ガラスペーストの場合は600℃の温度で、樹脂の場合は300℃以上の温度で焼き付ければ良い。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または窒化アルミニウム質焼結体からなる板状体2を1200℃程度の温度に加熱し、絶縁層を被着する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。
In addition, as a means for depositing an insulating layer made of glass or resin on the plate-
なお、以上の実施形態では半導体ウェハを加熱する装置について説明したが、本発明のヒータは半導体ウェハに限らずさまざまな板状体やその他の物体の加熱に用いることができる。 In addition, although the above embodiment demonstrated the apparatus which heats a semiconductor wafer, the heater of this invention can be used for the heating of not only a semiconductor wafer but various plate-shaped bodies and other objects.
熱伝導率が80W/(m・K)の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚4mm、外径230mmの円板状をした均熱板を複数制作し、各均熱板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後、550℃で30分間脱脂処理を施し、さらに700〜900℃の温度で焼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させるため、導電材として20重量%のAu粉末と10重量%のPt粉末と70重量%のガラスを所定量のパターン形状に印刷した。その後150℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに450℃で30分間脱脂処理を施した後、500〜700℃の温度で焼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。 A silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 80 W / (m · K) is ground to produce a plurality of soaking plates having a plate thickness of 4 mm and an outer diameter of 230 mm. In order to deposit an insulating layer on one main surface, a glass paste prepared by kneading ethyl cellulose as a binder and terpineol as an organic solvent into glass powder was laid by screen printing and heated to 150 ° C. After drying the organic solvent, degreasing treatment was performed at 550 ° C. for 30 minutes, and baking was performed at a temperature of 700 to 900 ° C. to form an insulating layer made of glass having a thickness of 200 μm. Next, in order to deposit a resistance heating element on the insulating layer, 20 wt% Au powder, 10 wt% Pt powder and 70 wt% glass were printed as a conductive material in a predetermined pattern shape. Thereafter, the organic solvent was dried by heating to 150 ° C., degreased at 450 ° C. for 30 minutes, and then baked at a temperature of 500 to 700 ° C. to form a resistance heating element having a thickness of 50 μm.
尚、上記抵抗発熱体に使用した導電性組成物であるAu及びPtの平均粒径は、0.5μmであった。また、絶縁性組成物としてガラス粉末を添加しその平均粒径は1.5μmと20μmとした。また、その混合物を用いてそれぞれ試料No.1〜3を作製した。 The average particle size of Au and Pt, which are conductive compositions used for the resistance heating element, was 0.5 μm. Moreover, glass powder was added as an insulating composition, and the average particle diameter was 1.5 μm and 20 μm. In addition, each sample No. 1-3 were produced.
抵抗発熱体を形成後の内部の導電性組成物の分散状態を確認すると、試料No.1,No.2はガラスの塊が大きく図7のように分散状態となった。 When the dispersion state of the internal conductive composition after forming the resistance heating element was confirmed, Sample No. 1, No. 1 No. 2 had a large glass lump and was in a dispersed state as shown in FIG.
また、試料No.3は図12のような分散状態となった。 Sample No. 3 was in a dispersed state as shown in FIG.
また、抵抗発熱体は、中心部と外周部を周方向に4分割した5パターン構成とした。 The resistance heating element has a five-pattern configuration in which the central portion and the outer peripheral portion are divided into four in the circumferential direction.
こうして作製した抵抗発熱体の各パターンをそれぞれ50箇所前後に分割し、各箇所で設計した抵抗値と実測抵抗値との違いをレーザビームを照射して溝を形成して抵抗調整した。前記溝の形成方法としては日本電気製のYAGレーザを使用した。レーザビームは、波長が1.06μm、パルス周波数1kHz、レーザ出力0.4W、加工速度5mm/secとして照射した。 Each pattern of the resistance heating element thus produced was divided into about 50 locations, and the difference between the resistance value designed at each location and the measured resistance value was irradiated with a laser beam to form a groove to adjust the resistance. As a method for forming the groove, a YAG laser manufactured by NEC was used. The laser beam was irradiated with a wavelength of 1.06 μm, a pulse frequency of 1 kHz, a laser output of 0.4 W, and a processing speed of 5 mm / sec.
尚、上記条件で作製された溝の幅は約50〜60μmで深さは約20〜25μmであった。そして、各群に形成された溝と溝との間隔であるピッチは約65μmで最大の溝の数は13個であった。 In addition, the width | variety of the groove | channel produced on the said conditions was about 50-60 micrometers, and the depth was about 20-25 micrometers. And the pitch which is the space | interval of the groove | channel formed in each group was about 65 micrometers, and the number of the largest groove | channels was 13.
また、試料No.1、2の溝の表面の導電性組成物は2〜5μmの円形となり、溝の表面の導電性組成物の密度は内部の密度よりも小さくなった。
Sample No. The conductive composition on the surface of the
一方、試料No.3の溝の表面の導電性組成物の密度は図11のように内部と差がほとんどなかった。 On the other hand, Sample No. The density of the conductive composition on the surface of the groove 3 was almost the same as the inside as shown in FIG.
また、それぞれの明度についても確認した。簡易的に明度の差を確認する方法として、先ずそれぞれの表面を金属顕微鏡にて写真を撮り、その写真を白黒のコピーを取り、白色の強さを確認した。明度は白色が強いほど大きくなり、逆に黒色が強いほど小さくなる。その結果、試料No.1、2は溝以外の表面よりも溝の表面の黒色が強く、明度が小さかった。一方、試料No.3は明度に差がなかった。 Moreover, it confirmed also about each brightness. As a simple method for confirming the difference in brightness, first, each surface was photographed with a metallurgical microscope, and a black and white copy of the photograph was taken to confirm the intensity of white. The brightness increases as the white color increases, and conversely decreases as the black color increases. As a result, Sample Nos. 1 and 2 were stronger in black on the surface of the groove and lighter than the surface other than the groove. On the other hand, Sample No. 3 had no difference in brightness.
そして、上記均熱板を金属ケースに取り付け、測温素子や給電端子等を取り付け試料No.1〜3のヒータを完成させた。 Then, the soaking plate is attached to a metal case, and a temperature measuring element, a power feeding terminal and the like are attached to the sample No. 1-3 heaters were completed.
尚、完成した試料の溝の群gの表面を200倍のSEMで確認したところ、表1にも示しているとおり、それぞれ長さ5μmの微小クラックが確認された。 When the surface of the groove group g of the completed sample was confirmed by SEM of 200 times, as shown in Table 1, 5 μm long microcracks were confirmed.
尚、クラックの長さはクラックの起点から終点の直線距離で測定しその平均値を求めた。 In addition, the length of the crack was measured by the linear distance from the starting point to the ending point of the crack, and the average value was obtained.
その後、試料No.1〜3のヒータに測温素子付きのシリコンウェハを載置面に載せてヒータを加熱し、ウェハ全体の温度の平均が200℃になるようにして、前記の測温素子付きのシリコンウェハを用いてウェハ面内の温度差を測定した。
Thereafter, sample No. A silicon wafer with a temperature measuring element is placed on the placement surface of the
更にその後、試料No.1〜3のヒータをウェハの表面温度の平均温度が1分間で室温から350℃となるように電圧を印加し、3分間保持した後、2分で40℃以下に冷却する熱サイクルを1サイクルとして、その熱サイクルを5000回繰り返した。そしてその後の溝部分の観察および各試料の各抵抗発熱体の抵抗変化率及びウェハ面内の温度差を測定した。
Thereafter, sample No. Apply a voltage to the
各試料の抵抗発熱体の抵抗変化率は、抵抗変化量を初期の抵抗値で除して求めた。複数の抵抗変化率がある場合は最大値を抵抗変化率として表に示した。また、抵抗発熱体の抵抗変化率はウェハ表面の温度差が0.1℃以内の変化で収まる3%以内が好ましく、望ましくはウェハ表面の温度差が0.03℃以内で収まる1%以内の抵抗変化率が更に好ましい。 The resistance change rate of the resistance heating element of each sample was obtained by dividing the resistance change amount by the initial resistance value. When there are a plurality of resistance change rates, the maximum value is shown in the table as the resistance change rate. Further, the rate of change in resistance of the resistance heating element is preferably within 3% where the temperature difference on the wafer surface falls within 0.1 ° C., and preferably within 1% where the temperature difference on the wafer surface falls within 0.03 ° C. A resistance change rate is more preferable.
それぞれの結果は表1に示すとおりである。
表1に示すように、溝の表面の導電性組成物の密度が抵抗発熱体の内部の導電性組成物の密度より小さい試料No.1、2は、絶縁性組成物であるガラスの粒径が大きく微小クラックの成長は見られなかった。また、冷熱サイクルを5000回繰り返しても、抵抗値の変化もそれぞれ0.7%、0.6%とその変化は小さかった。また、ウェハ面内の温度差は0.37℃、0.38℃とウェハ面内の温度差が冷熱サイクル後も小さく良好であった。 As shown in Table 1, sample Nos. 1 and 2 in which the density of the conductive composition on the surface of the groove is smaller than the density of the conductive composition inside the resistance heating element are the particle sizes of the glass that is the insulating composition. The growth of microcracks was not observed. Further, even when the cooling cycle was repeated 5000 times, the changes in resistance value were 0.7% and 0.6%, respectively, and the changes were small. Further, the temperature differences in the wafer surface were 0.37 ° C. and 0.38 ° C., and the temperature differences in the wafer surface were small and good after the cooling cycle.
一方、溝の表面の導電性組成物の密度が抵抗発熱体の内部の導電性組成物の密度より大きい試料No.3は、冷熱サイクル後、微小クラックが約50μmにまで成長をしていた。そのため発熱抵抗体の抵抗値も約5%変化を生じ、ウェハ面内の温度差が0.86℃と大きくなり、連続的に使用できなかった。 On the other hand, Sample No. 3 in which the density of the conductive composition on the surface of the groove was larger than the density of the conductive composition inside the resistance heating element had microcracks growing to about 50 μm after the cooling and heating cycle. Therefore, the resistance value of the heating resistor also changed by about 5%, the temperature difference in the wafer surface became as large as 0.86 ° C., and could not be used continuously.
また、溝の表面の明度が溝以外の抵抗発熱体の表面の明度より小さい試料No.1、2は同様に冷熱サイクル後のウェハ面内の温度差が0.37℃、0.38℃と小さく抵抗変化率も1%以下と小さく優れた特性を示すことが分った。 In addition, the sample No. 1 in which the lightness of the surface of the groove is smaller than the lightness of the surface of the resistance heating element other than the groove. 1 and 2 show that the temperature difference in the wafer surface after the cooling / heating cycle is as small as 0.37 ° C. and 0.38 ° C., and the resistance change rate is also as small as 1% or less, indicating excellent characteristics.
実施例1と同様な方法で試料No.4〜8を作製した。試料No.4〜8の絶縁性組成物は、ガラスからなりその平均粒径は1.5μm、5μm、20μm、40μm、60μmとした。そして、レーザビームにより溝を形成した後の表面の導電性組成物の平均径は、0.5μm、1μm 3.2μm、8.5μm、20μmとなった。尚、導電性組成物の平均径は、表面SEM写真から20個の導電性組成物の平均面積と等価な円の直径で示した。 In the same manner as in Example 1, Sample No. 4-8 were produced. Sample No. The insulating compositions 4 to 8 were made of glass, and the average particle size was 1.5 μm, 5 μm, 20 μm, 40 μm, and 60 μm. And the average diameter of the electroconductive composition of the surface after forming a groove | channel by a laser beam became 0.5 micrometer, 1 micrometer 3.2 micrometer, 8.5 micrometer, and 20 micrometers. In addition, the average diameter of the electroconductive composition was shown by the diameter of the circle equivalent to the average area of 20 electroconductive compositions from the surface SEM photograph.
その後、表面の観察及び実施例1と同様に5000サイクルの熱サイクルをし、抵抗値の変化率及びウェハ温度のばらつきを確認した。 Thereafter, the surface was observed and the thermal cycle of 5000 cycles was performed in the same manner as in Example 1, and the variation rate of the resistance value and the variation in the wafer temperature were confirmed.
その結果を表2に示す。
表2に示すように、溝の群の表面の導電性組成物の粒径が約0.5μmである試料No.4は冷熱サイクル後微小クラックが10μmにまで成長し、2.8%の抵抗変化を生じた。 As shown in Table 2, the sample No. 1 in which the particle size of the conductive composition on the surface of the groove group is about 0.5 μm. In No. 4, microcracks grew to 10 μm after the thermal cycle, resulting in a resistance change of 2.8%.
これに対し、導電性組成物が円形であり、群の溝の表面の導電性組成物の粒径が1〜20μmである試料No.5〜8は、微小クラックの成長は見られず、抵抗値の変化も1%以下であり、より好ましいことがわかった。 On the other hand, Sample No. in which the conductive composition is circular and the particle size of the conductive composition on the surface of the groove of the group is 1 to 20 μm. Nos. 5 to 8 showed no growth of microcracks, and the change in resistance value was 1% or less, which was found to be more preferable.
抵抗発熱体のガラスを実施例1で良好な結果を示した平均粒径1.5μm、20μmの混合とし、実施例1と同様な方法で試料を作製し、レーザービームにより溝の群を形成した。 A glass of a resistance heating element was mixed with an average particle diameter of 1.5 μm and 20 μm, which showed good results in Example 1, a sample was prepared by the same method as in Example 1, and a group of grooves was formed by a laser beam. .
尚、溝の集合体である群の中心は抵抗発熱体の帯の中央部に形成したものを試料No.9とした。また、群の中心が帯の端より25%の位置に形成したものを試料No.10とした。更に、帯の端から溝を形成したものを試料No.11とした。尚、抵抗発熱体の帯の中央部とは帯の幅の範囲の中心から幅の±5%の範囲とした。そして、実施例1と同様に評価した。 The center of the group which is an aggregate of grooves is formed at the center of the band of the resistance heating element. It was set to 9. In addition, a sample in which the center of the group is formed at a position of 25% from the end of the belt is designated as Sample No. It was set to 10. Further, a sample in which a groove was formed from the end of the band was designated as Sample No. It was set to 11. The central part of the band of the resistance heating element is a range of ± 5% of the width from the center of the range of the band width. And it evaluated similarly to Example 1. FIG.
その結果を表3に示す。
表3に示すように、抵抗発熱体の帯の中央部に溝の群が形成されている本発明の試料No.9はウェハW表面の面内温度差が0.29℃であり温度分布が小さく良好な結果を示した。 As shown in Table 3, the sample No. 9 of the present invention in which a group of grooves is formed in the central portion of the band of the resistance heating element has an in-plane temperature difference of 0.29 ° C. on the surface of the wafer W and a temperature distribution. Small and good results were shown.
それに対し群の中心をずらして溝を形成した試料No.10、11はそれぞれ0.35℃、0.39℃となりウェハ面内の温度差は試料No.9と比較して大きかった。 On the other hand, Sample Nos. 10 and 11 in which grooves were formed by shifting the center of the group were 0.35 ° C. and 0.39 ° C., respectively, and the temperature difference in the wafer surface was Sample No. It was big compared with 9.
実施例3と同様な方法で試料を作製し、レーザビームにより溝の群を形成した。溝の群の中心は、実施例3で良好の結果を示した中央部として、溝と溝との間隔であるピッチを変えて溝の群の幅を調整して、溝の群の幅が抵抗発熱体の帯の幅の50%、70%、90%、95%、100%とした。その後、ウェハの表面温度の平均温度が1分間で室温から350℃となるように電圧を印加し、3分間保持した後、2分で40℃以下に冷却する熱サイクルを1サイクルとして、その熱サイクルを5000回繰り返した。そしてその前後の溝部分の観察および各試料の各抵抗発熱体の抵抗変化率を測定した。 A sample was prepared in the same manner as in Example 3, and a groove group was formed by a laser beam. The center of the groove group is the central portion that showed good results in Example 3, and the width of the groove group was adjusted by changing the pitch, which is the interval between the grooves. 50%, 70%, 90%, 95%, and 100% of the width of the heating element band. Thereafter, a voltage is applied so that the average surface temperature of the wafer is from room temperature to 350 ° C. in 1 minute, and held for 3 minutes, and then cooled to 40 ° C. or less in 2 minutes. The cycle was repeated 5000 times. And the observation of the groove part before and after that and the resistance change rate of each resistance heating element of each sample were measured.
その結果を表4に示す。
表4の結果からも判るように試料No.12〜14の溝の群の幅が帯の幅の90%以内で形成した試料は5000サイクルの熱サイクルで抵抗変化はそれぞれ1%以下であり良好であった。 As can be seen from the results in Table 4, the samples formed with the groove width of sample Nos. 12 to 14 within 90% of the width of the belt are excellent in thermal resistance of 5000 cycles and the resistance change is 1% or less respectively. Met.
一方試料No.15,16は、試料No.12〜14と比較して抵抗変化は大きかった。 On the other hand, sample Nos. 15 and 16 are sample nos. The resistance change was large compared to 12-14.
実施例3と同様な方法で試料を作製し、レーザにより溝の群を形成した。溝の群の中心は、実施例3で良好の結果を示した中央部とし、溝の群の幅は、実施例4で良好の結果を示した抵抗発熱体の帯の幅の90%以内とした。さらに、レーザビームの出力を0.1〜0.6Wまで変えて溝の深さを、溝の幅の10%、20%、50%、75%、85%まで調整した。 A sample was prepared in the same manner as in Example 3, and a group of grooves was formed by laser. The center of the groove group is the central portion that showed good results in Example 3, and the width of the groove group was within 90% of the width of the band of the resistance heating element that showed good results in Example 4. did. Further, the laser beam power was changed from 0.1 to 0.6 W, and the groove depth was adjusted to 10%, 20%, 50%, 75%, and 85% of the groove width.
そして実施例1と同様に熱サイクル試験を行い、抵抗値の変化率を確認した。結果を表5に示す。 And the heat cycle test was done like Example 1, and the change rate of resistance value was confirmed. The results are shown in Table 5.
尚、抵抗値は5つの抵抗発熱体の耐久前後の抵抗値の中から最も抵抗変化率の大きなものを記載した。
溝の深さが溝の幅の10%として抵抗発熱体の各部の抵抗を調整した試料No.17は各部の抵抗値を充分調整できず溝を形成しても抵抗発熱体の抵抗値のばらつきは大きいままでウェハW面内の温度を小さくすることができなかった。 In sample No. 17 in which the resistance of each part of the resistance heating element was adjusted with the groove depth being 10% of the groove width, the resistance value of each part could not be adjusted sufficiently. The temperature in the surface of the wafer W could not be reduced while the temperature remained large.
試料No.18〜20は、溝の深さが20%〜75%であり、熱サイクル5000回後の抵抗変化率が1%以内であり良好な結果であった。 In Sample Nos. 18 to 20, the groove depth was 20% to 75%, and the resistance change rate after 5000 thermal cycles was within 1%, which was a good result.
しかし、試料No.21の溝の深さは幅の85%であり、抵抗発熱体の抵抗値が2.04%変化した。 However, the depth of the groove of sample No. 21 was 85% of the width, and the resistance value of the resistance heating element changed by 2.04%.
W:ウェハ
m:溝
g:溝の群
1、71:セラミックヒータ
2,72:板状セラミック体
3、73:載置面
5、75:抵抗発熱体
6:給電部
8:支持ピン
10:測温素子
11、77:給電端子
12:ガス噴射口
14,45:リフトピン
15:リフトピンガイド
16、80:ボルト
18:弾性体
19、79:金属ケース
20:ナット
21:補強部材
51:導電性組成物
52:絶縁性組成物
76:リード線引出用の孔
78:リード線
100:均熱板
W: Wafer m: Groove g: Groove group
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