JP2007250313A - 半導体、フラットディスプレイパネル製造検査用ヒータユニット及びそれを備えた装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 載置台と背面プレートを備えるヒータユニットについて、均熱性を維持向上させながら、昇温速度及び降温速度の高速化を図ると共に、そのヒータユニットを搭載することで、高いスループットを達成し得る半導体やフラットディスプレイパネルの製造検査装置を提供する。
【解決手段】 ヒータユニット１０の載置台１１と背面プレート１２の間に高熱伝導シート１４を挿入することにより、熱移動を載置台１１の処理面１１ａと平行方向に広げ、優れた均熱性を確保する。また、載置台１１の厚みを薄くしてヒータユニット１０の熱容量を低減し、冷却ブロック３をヒータユニット１０の背面プレート１２に当接又は分離させて、昇温速度及び降温速度の高速化を図る。
【選択図】 図４

Description

本発明は、主に半導体基板やフラットディスプレイパネル基板を加熱する際に用いるヒータユニット、及びそれを搭載した製造検査装置に関するものであり、特にフォトリソグラフィ工程やプローバ検査工程で用いる加熱処理装置、あるいは半導体基板の最終検査工程で用いる加熱処理装置に関するものである。

被加熱物を搭載して加熱処理する装置は数多く開発されており、このうち特に被加熱物の温度分布の均一性（均熱性）が要求されるものとして、半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産において半導体基板やガラス基板などの加熱に利用されるヒータユニットがあり、例えばリソグラフィ工程において基板上に塗布したレジスト液を加熱乾燥するために用いられたり、あるいは基板の検査を所望の温度で行うための昇温に用いられたりしている。

これら半導体装置やフラットディスプレイパネルの生産では、連続操業による大量生産によって製品の低価格化が競われており、このため製造検査装置ではタクトタイムの短縮化が要望されている。即ち、１台の装置で高いスループットを得るには、温度維持中における処理時間はもちろんのこと、処理条件の変更に伴うヒータ温度の変更に要する時間（昇温時間又は冷却時間）を短くしていく必要がある。

このため、特開２００２−０１４６５５公報には、被加熱物のウエハを載置して加熱処理するヒータ部に対し、所望の熱容量を有する冷却ブロックを相対的に移動可能に設けた半導体製造装置が提案されている。この装置は、図１に模式的に示すように、発熱体２を備えたヒータ部１、ヒータ部１と相対的に移動可能に設けた冷却ブロック３、ヒータ部１の熱が生産装置に伝わり難いよう遮蔽するための容器４からなる。ヒータ部１と冷却ブロック３は容器４に収容されてヒータユニットを構成し、ヒータ部１の載置面にウエハのような被加熱物Ｓを載置して加熱処理するものである。

上記装置のヒータ部１はセラミックスからなり、その内部に発熱体２を例えば渦巻状に配設すると共に、発熱体２に給電するための配線やヒータ温度をモニタするための温度センサが接続されている。また、冷却ブロック３には流路が形成してあり、この流路に冷媒を流通させることができる。冷却ブロック３はエアシリンダなどからなる昇降機構（図示せず）により上下に駆動することができ、ヒータ部１に対して当接又は分離できるようになっている。尚、冷却ブロック３及び容器４には、支持部材５や給電配線、温度センサを挿通するための貫通孔が設けてある。

上記した半導体製造装置によれば、加熱時には冷却ブロック３をヒータ部１から分離することで急速昇温することが可能になり、また冷却時には加熱されたヒータ部１に予め冷却された冷却ブロック３を当接させることによって、ヒータ部１及びウエハの温度を短時間で下げることが可能となるため、熱処理工程の所要時間を低減することができる。

上記したような従来のヒータ部は、セラミックス基板の片面を被加熱物の載置面とし、その裏面に発熱体を例えば渦巻状に配設した上に、電気絶縁膜をコーティングして作製されたものである。従って、冷却ブロックが当接した際に直接接触するのは上記絶縁膜であり、特に発熱体上にコーティングされた絶縁膜である。この絶縁膜は、セラミックス基板の熱膨張曲線に近似した熱膨張曲線を有する絶縁性の材料、例えば、結晶化ガラスやグレーズガラス、耐熱性を有する有機物などを用いることができる。また、この絶縁膜は、絶縁膜用ペーストをスクリーン印刷によりセラミックス基板の裏面全面に塗布し、脱脂焼結することによって形成することができる。

また、上記以外の従来のヒータユニットとして、被加熱物の載置台と背面プレートの間に、絶縁シートを介在させて発熱体を保持した構造のものがある。例えば図２に示すように、セラミックス又は金属等からなる載置台６の裏面に必要に応じて絶縁シート８を介在させ、ステンレスやニッケル−クロム箔をエッチングして作製した発熱体９を例えば渦巻状に配設する。更にその裏面側に、必要に応じて発熱体９の熱を拡散できるように柔軟な絶縁シートを介在させ、比較的強度のある背面プレート７と上記載置台６の間で、例えばボルトナット等を用いて機械接合する。このようにして作製されたヒータ部の背面には、急速冷却時に冷却ブロックが直接接触することが望ましい。
特開２００２−０１４６５５公報

従来の図２に示すような載置台６と背面プレート７を備えるヒータユニットにおいて、ウエハの均熱性を維持するためには、載置台６に銅などの高熱伝導材料を使用するか、載置台６の厚さを厚くして発熱体９の温度むらをなくすか、発熱体９を多ゾーン制御して部分的な発熱バランスにより対応するしかなかった。その一方で、高速昇温が必要な場合には、載置台６に低密度の材料を用いたり、載置台６の厚さを薄くしたりする必要がある。従って、載置台面内の均熱性を維持しながら、昇温速度及び降温速度を向上させて、高いスループットを達成することは非常に困難であった。

本発明は、このような従来の問題点を鑑みてなされたものであり、載置台と背面プレートを備えるヒータユニットにおいて、その均熱性を維持しあるいは更に向上させながら、昇温速度及び降温速度の高速化を図り、高いスループットを達成し得るヒータユニットを提供すること、並びにそのヒータユニットを搭載し、高性能で生産性、歩留まりが高く、信頼性に優れた半導体やフラットディスプレイパネルの製造検査装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、載置台の厚みを薄くして熱容量を低減し、昇温速度及び降温速度の高速化を図りながら、載置台と背面プレートの間に高熱伝導シートを挿入することにより、熱移動を載置台の処理面と平行方向に広げ、優れた均熱性を確保し得ることを見出した。

即ち、本発明が提供するヒータユニットは、被加熱物を処理面に搭載して加熱処理するための載置台と、載置台の処理面と反対側に配置した背面プレートと、載置台と背面プレートの間に配置され、載置台を加熱するための発熱体とを備えたヒータユニットにおいて、該載置台と発熱体の間に、平面方向の熱伝導率が前記載置台よりも高く且つ可撓性を有する高熱伝導シートを配置したことを特徴とするものである。

また、本発明が提供する他のヒータユニットは、被加熱物を処理面に搭載して加熱処理するための載置台と、載置台の処理面と反対側に配置した背面プレートと、載置台と背面プレートの間に配置され、載置台を加熱するための発熱体とを備えたヒータユニットにおいて、該発熱体と背面プレートの間に、平面方向の熱伝導率が前記載置台よりも高く且つ可撓性を有する高熱伝導シートを配置したことを特徴とする。

上記本発明のヒータユニットにおいては、前記高熱伝導シートの平面方向の熱伝導率は２００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。前記載置台の厚みは２〜１０ｍｍであることが好ましく、また、前記高熱伝導シートの厚みは０.１〜３ｍｍであることが好ましい。

上記本発明のヒータユニットにおいては、前記高熱伝導シートの主成分が、グラファイト、アルミニウム、あるいは銅のいずれかであることが好ましい。また、前記載置台の主成分は、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコン、ステンレスからなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

また、上記本発明のヒータユニットにおいては、前記背面プレートの厚みが載置台の厚みよりも薄いことが好ましい。また、前記背面プレートの主成分が、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。

更に、上記本発明のヒータユニットにおいては、前記載置台と前記背面プレートの間に、少なくとも1層の絶縁シートを配置することができる。また、上記本発明のヒータユニットにおいては、前記載置台の処理面と反対側に、背面プレートと当接又は分離する可動式の冷却モジュールを備えることが好ましい。

本発明は、また、上記した本発明のヒータユニットを搭載したことを特徴とする半導体製造検査装置、あるいは上記した本発明のヒータユニットを搭載したことを特徴とするフラットディスプレイパネルの製造検査装置を提供するものである。

本発明によれば、載置台と背面プレートを備えるヒータユニットにおいて、ウエハ面内の均熱性を維持し又は従来以上に向上させながら、昇温速度及び降温速度の高速化を図ることができる。従って、本発明のヒータユニットを搭載することによって、高性能で信頼性に優れた半導体あるいはフラットディスプレイパネルの製造検査装置を提供することができる。

例えば、昇温又は降温側への温度条件の変更の際に、温度変更にかかる所要時間を短縮化すると共に、すみやかに次のプロセスを実施することができるため、半導体やフラットディスプレイパネルの生産性及び歩留まりを向上させることができる。また、高い均熱性を達成することにより、例えば半導体製造プロセスにおいて、フォトレジスト工程での膜厚や線幅のばらつきを低減することが可能となる。

本発明のヒータユニットは、具体例を図３に示すように、被加熱物を処理面１１ａに搭載して加熱処理するための載置台１１と、載置台１１の処理面１１ａと反対側に配置した背面プレート１２と、載置台１１と背面プレート１２の間に配置された発熱体１３とを備えている。そして、図３（ａ）に示す第１のヒータユニットでは、上記載置台１１と発熱体１３の間に高熱伝導シート１４が配置してある。また、図３（ｂ）に示す第２のヒータユニットでは、発熱体１３と背面プレート１２の間に高熱伝導シート１４が配置されている。尚、発熱体１３は、従来と同様に、ステンレスやニッケルークロム箔をエッチングして作製した発熱体、例えば渦巻状の回路を用いることができる。

上記載置台１１と背面プレート１２は、その間に発熱体１３と高熱伝導シート１４を介在させた状態で、例えばボルトナットでのネジ止めやリベット止め等を用いて機械接合される。また、載置台１１と背面プレート１２の間には、必要に応じて、図３に示すように少なくとも１層の絶縁シート１５を配置することができる。例えば、高熱伝導シート１４が導電性の場合には、高熱伝導シート１４と発熱体１３との絶縁を確保するために、絶縁シート１５を配置する。また、載置台１１や背面プレート１２が導電性である場合には、これらと発熱体１３との絶縁を確保するために絶縁シート１５を配置する。絶縁シート１５としては、従来から使用されているものでよいが、柔軟であると同時に発熱体１３の熱を良好に拡散できる比較的高熱伝導率のものを使用することが望ましく、例えばマイカシートや、高熱伝導フィラー入りシリコンシートなどを用いることができる。

上記高熱伝導シートは、平面方向の熱伝導率が載置台よりも高いことが必要であり、更には平面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上あることが好ましい。平面方向の熱伝導率が高い高熱伝導シートによって、発熱体の熱が平面方向に拡散しやすくなり、優れた均熱性を得ることができる。また、高熱伝導シートは、可撓性を有することが必要である。高熱伝導シートに可撓性のある材料を用いるのは、載置台と背面シートの間で上下から機械接合する際に載置台の平面度を低下させないと同時に、密着性の確保により発熱体から載置台までの面全体の接触熱抵抗を安定させるためである。

このような高熱伝導シートの材質としては、例えば、アルミニウム（熱伝導率１００〜２５０Ｗ／ｍＫ）、銅（熱伝導率４００Ｗ／ｍＫ）、グラファイト（熱伝導率２００〜８００Ｗ／ｍＫ）、またはこれらを主成分とする材料などを用いることができる。その中でもグラファイトは、厚み方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ程度であるのに対して、平面方向の熱伝導率が２００〜８００Ｗ／ｍＫと極めて高いため特に好ましい。これら高熱伝導シートの形態は、平坦な板状のものが一般的であるが、更に良好な可撓性を持たせるために、メッシュ状や多孔質であっても、パンチングメタルのように多数の開口を有していても構わない。

また、上記高熱伝導シートの厚みは、シートの平面方向に熱の拡散を促進するため、０.１〜３.０ｍｍの範囲が好ましい。高熱伝導シートの厚みが０.１ｍｍ未満であるか、逆に３.０ｍｍを超えると、均熱性が低下しやすくなる。また、上記載置台の厚みは、高速昇温及び高速降温を実現する点から、１０ｍｍ以下であることが好ましく、２〜１０ｍｍの範囲が更に好ましい。載置台の厚みが１０ｍｍを超えると高速昇温や高速降温が難しく、また２ｍｍ未満になると均熱性が低下するため好ましくない。更に、背面プレートの厚みは、熱の蓄積を防ぐために、必要な機械的強度を維持し得る範囲において、載置台の厚みよりも薄いことが望ましい。

上記載置台及び背面プレートの材質としては、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコン、ステンレスから選ばれた材料、あるいは、これらを主成分とする材料であることが好ましい。特に載置台の材質は、金属を用いるとデバイス製造プロセスの微細加工で忌避されるパーティクルが発生しやすいため、セラミックスが好ましい。セラミックスとしては、均熱性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。また、信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。これらのセラミックスの中でも、性能とバランスを考慮すると、窒化アルミニウムが好適である。

また、本発明のヒータユニットは、載置台の処理面と反対側に冷却モジュールを備えることが好ましい。冷却モジュールは、エアシリンダなどからなる昇降機構を用いて上下に駆動する可動式とすることが好ましい。可動式の冷却モジュールは、加熱時には載置台の処理面と反対側の背面プレートから分離することで急速昇温が可能であり、また冷却時には冷却モジュールを背面プレートに当接させることで温度を短時間で下げることが可能となるため、熱処理工程の所要時間を低減することができる。

上記冷却モジュールの材質は、熱伝導性の良い材料、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム、チタンから選ばれた少なくとも１種類、若しくはこれらを主成分とするものが好ましい。また、冷却モジュールには冷媒用の流路を形成することができ、この流路に冷媒を流通させることによって更に急速な降温が可能となる。尚、冷却モジュールと背面プレートの互の当接面は、隙間なく接触するように、それぞれ平面度が３００μｍ以下であることが好ましい。

上記した本発明のヒータユニットは、トータルの厚みを薄くして熱容量を下げ且つ好ましくは冷却モジュールの当接と分離によって、高速昇温と高速降温を可能にしながら、柔軟な高熱伝導シートによって平面方向に熱を拡散させ、再分布させてウエハ処理面の均熱性を確保することができる。従って、ヒータユニットを冷却モジュールと共に熱を遮蔽するための容器内に設置し、効率的に被加熱物の加熱処理を実施することができる。

具体的には、本発明によるヒータユニットは、半導体製造検査装置あるいはフラットディスプレイパネルの製造検査装置に搭載することが好ましい。本発明のヒータユニットを搭載した上記製造検査装置は、従来の装置よりも高速に昇温及び降温させることができるため、熱処理工程の所要時間が短縮化され、半導体やフラットディスプレイパネルの生産性向上を図ることができる。しかも、載置台ないし被加熱物の温度分布がより均一になり、半導体やフラットディスプレイパネルの性能、歩留まり、信頼性の向上を達成できる。

本発明のヒータユニットを用いて被加熱物を加熱処理する装置の具体例を図４に示す。この装置では、載置台１１と背面プレート１２の間に、載置台１１側から順に高熱伝導シート１４、絶縁シート１５、発熱体１３を配置したヒータユニット（第１のヒータユニット）を、冷却モジュール３と共に容器４内に設置して、被加熱物の加熱処理を行う。尚、ヒータユニットには発熱体１３に給電するための配線や、発熱体１３の温度をモニタするための測温温度計１６が接続され、冷却ブロック３及び容器４には上記給電配線や測温温度計１６などを挿通するための貫通孔が設けてある。

この装置のヒータユニットを用いて被加熱物を加熱処理する場合、まず、発熱体１３に通電して、低温状態にある載置台１１を昇温させる。次に、載置台１１の処理面１１ａ上にウエハ等の被加熱物を搭載し、被加熱物を所定温度に昇温して加熱処理を行った後、被加熱物を取り出して次の被加熱物を処理面１１ａ上に搭載する。必要量の被加熱物の加熱処理が終了した後、別プロセスの加熱処理を行う場合には、温度条件の変更が行われる。

高い温度側への変更の場合、そのまま通電条件を変更すればよい。しかし、低い温度側への変更の場合、発熱体１３への通電を一旦停止した後、冷却モジュール３を上昇させ、背面プレート１２に当接させて熱を逃がすことにより、載置台１１ひいては被加熱物の温度を急速に低下せしめる。このとき、冷却モジュール３の流路に冷媒を流すことによって、更に効果的に排熱することができる。その後、測温温度計１６が概ね設定温度になったことを検知して、設定温度維持のため再度発熱体１３に通電が開始される。このようにして、冷却時の温度条件変更を短時間に行うことにより、スループットの向上を図ることができる。

次に、本発明のヒータユニットを製造するには、上記した載置台、背面プレート、発熱体、高熱伝導シート、及び必要に応じて絶縁シートを用意し、載置台と背面プレートの間に、図３（ａ）又は（ｂ）に示すように、発熱体と高熱伝導シート及び必要に応じて絶縁シートを配置し、ネジ止めやリベット止め等を用いて機械接合すればよい。尚、発熱体は、ステンレスやニッケルークロムの箔を渦巻状などの回路形状にエッチングした発熱体を用いるが、載置台あるいは背面プレーにタングステンなどをメタライズした発熱体を用いるもできる。

ここで、載置台及び背面プレートの製造方法として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合を例に説明する。ＡｌＮ原料粉末は、比表面積が２.０〜５.０ｍ^２／ｇのものが好ましい。比表面積が２.０ｍ^２／ｇ未満の場合は窒化アルミニウムの焼結性が低下し、５.０ｍ^２／ｇを超えると粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は２重量％以下が好ましく、２重量％を超えると焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は２０００ｐｐｍ以下が好ましく、これを超えると焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物としてＳｉなどの４族元素やＦｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

ＡｌＮは難焼結性材料であるため、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中にＡｌＮ粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応し、窒化アルミニウムの緻密化を促進すると共に、焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きがあるため、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率向上に寄与する。

希土類元素化合物としては、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物なども使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、ＡｌＮ原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。

また、焼結助剤としての希土類元素化合物の添加量は、０.０１〜５重量％が好ましい。その添加量が０.０１重量％未満では、緻密な焼結体を得ることが困難であると共に、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５重量％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在し、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされて、脱粒やパーティクルの原因となる。更に好ましい添加量は１重量％以下であり、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。

これらＡｌＮ原料粉末及び焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。得られたスラリーを成形し、焼結することによって、窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。例えば、上記スラリーをスプレードライアー等の手法により顆粒を作製し、この顆粒を所定の金型に挿入してプレス成形する。このときのプレス圧力は９.８ＭＰａ以上であることが望ましく、９.８ＭＰａ未満の圧力では成形体の強度が充分に得られず、ハンドリングなどで破損し易くなる。

成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１.５〜２.５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。成形体密度が１.５ｇ／ｃｍ^３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度が２.５ｇ／ｃｍ^３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となるため、緻密な焼結体を得ることが困難となる。

次に、上記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、得られる焼結体の熱伝導率が低下する。使用する非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃〜１０００℃の範囲が好ましい。５００℃未満の温度ではバインダーを充分除去することができず、脱脂処理後もカーボンが過剰に残存するため、その後の焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるため、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。尚、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１.０重量％以下であることが好ましい。成形体中に１.０重量％を超える炭素が残存していると、焼結が阻害され、緻密な焼結体を得ることができない。

脱脂後の成形体は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中において、１７００〜２０００℃の温度で焼結する。焼結に使用する窒素などの非酸化性雰囲気ガスに含有される水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時に窒化アルミニウムが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、焼結体の熱伝導率が低下する可能性がある。また、非酸化性雰囲気ガス中の酸素量は、０.００１体積％以下であることが好ましい。酸素量が多いとＡｌＮの表面が酸化して、得られる焼結体の熱伝導率が低下する可能性があるからである。

更に、焼結時に成形体を載置するために使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）が好適である。このＢＮ製治具は、上記した焼結温度に対して充分な耐熱性を有すると共に、その表面に固体潤滑性があるため、焼結時に成形体が収縮する際の治具との摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。

このようにして得られたＡｌＮ焼結体は、必要に応じて加工を施し、載置台あるいは背面プレートとする。また、被加熱物を搭載する処理面の表面粗さは、ＪＩＳに規定されるＲａ（算術平均粗さ）で５μｍ以下が好ましい。表面粗さがＲａで５μｍを超えると、被加熱物との摩擦によってＡｌＮの脱粒が多くなることがある。脱粒した粒子はパーティクルとなり、被加熱物上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。載置台の処理面の表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば更に好ましい。

［実施例１］
１００重量部のＡｌＮ粉末（平均粒径０.６μｍ、比表面積３.４ｍ^２／ｇ）と０.６重量部のステアリン酸イットリウム粉末を混合し、更にバインダーとして１０重量部のポリビニルブチラールと、溶剤として５重量部のジブチルフタレートを混合して、スプレードライにより顆粒を作製した。この顆粒をプレス成形し、７００℃の窒素雰囲気下で脱脂した後、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結して、ＡｌＮ焼結体を得た。このＡｌＮ焼結体を加工して、載置台と背面プレートを作製した。

次に、上記ＡｌＮの載置台を用いて、図３（ａ）に示す構成のヒータユニットを製作した。即ち、ＡｌＮの載置台（直径３３０ｍｍ、厚み１４ｍｍ）と、グラファイトからなる高熱伝導シートと、カイカシートからなる絶縁シートと、ＳＵＳ箔をエッチングして作製した発熱体と、ＡｌＮの背面プレート（直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍ）とを、この順序に重ね合わせ、ネジ止めにより結合した。また、ヒータユニットには温度をモニタするための測温温度計を埋設し、発熱体の給電部にはネジ止めにより熱膨張係数のほぼ等しいコバール端子を取付け、配線を接続して通電可能とした。

また、冷却モジュールとして、直径３３０ｍｍ、厚み１０ｍｍのアルミニウム合金板を用意した。この冷却モジュールの背面パネルと接触する当接面は、平面度が２００μｍとなるように機械加工した。また、その当接面には、部分接触を防止し全面に均一に接触するように、厚さ１.５ｍｍのＮｉセルメットを設けた。更に、この冷却モジュールの裏面には、直径６ｍｍ、内径４ｍｍのリン脱酸銅パイプを曲げ加工した流路を取り付け、冷却水を流すようにした。

試験装置として、図４に示すように、上記ヒータユニット１０と冷却モジュール３を、容器４に設置した。冷却モジュール３は、エアシリンダからなる昇降機構によって上下可動に設置し、ヒータユニット１０の背面プレート１２に当接又は分離するようになっている。容器４はステンレスからなり、その側壁は内面高さ３０ｍｍ、内径３３３ｍｍ、厚さ１.５ｍｍであり、その底面は厚さ３ｍｍとして、給電配線、測温温度計１６、及びヒータユニット１０を支持するための支持部材などを挿通するための開口が設けてある。

この試験装置を用いて、ヒータユニットの性能を評価した。即ち、白金測温抵抗体を１７点埋設した公知のウエハ温度計（測温ウエハ）を用い、載置台上の被加熱物の温度分布をモニタした。具体的には、予め発熱体温度を１８０℃にしておき、載置台の処理面上にウエハ搬送システムから測温ウエハを移載した瞬間から６０秒後のウエハ面内の温度分布を測定し、１７点のポイントにおける最大値と最小値の温度差より均熱レンジを算出した。実際のプロセスでは、冷却中にウエハがヒータユニットに載置されていることはないが、この実験では冷却時にも測温ウエハを用いて均熱レンジを算出した。

また、昇温及び降温速度については、発熱体に通電して、１８０℃に昇温するのに要した時間を昇温速度とした。次に、ウエハを載置して１０分間保持した後、通電を停止し、冷媒として水を送通した冷却モジュールを当接させてヒータモジュールを１５０℃まで冷却した後、再度発熱体に通電して１５０℃を維持した。その際、冷却モジュールを当接させて冷却を開始した後、ヒータモジュールの制御に使用している測温抵抗体の温度が１５０℃になるまでに要した時間を測定し、降温速度を求めた。得られた昇温速度と降温速度の小さい方を昇降温速度として採用した。

上記の試験に際して、ヒータユニットの載置台又は高熱伝導シートの種類を変更して評価した。即ち、本発明の試料１〜３では、載置台として厚み１４ｍｍのＡｌＮ焼結体（平面方向の熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ）を用い、高熱伝導シートとして下記表１に示す平面方向の熱伝導率が異なるグラファイト（以下の表１〜６ではＧｒと略記する）のシートを用いた。また、比較例である試料４は、高熱伝導シートとして厚み０.８ｍｍのＡｌ合金（平面方向の熱伝導率８０Ｗ／ｍＫ）を用いた以外は試料１と同様とした。更に、従来例である試料５〜６では、高熱伝導シートを一切配置せず、載置台として試料５は試料１と同じＡｌＮ焼結体及び試料６はＡｌ_２Ｏ_３焼結体（平面方向の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ）を用いたが、これら載置台の厚みを１５ｍｍとして全体の厚みは試料１と同じにした。得られた結果を下記表１に示す。

本発明の試料１〜３のヒータユニットでは、均熱レンジがいずれも１℃未満であり、従来例の試料５〜６と同等又はそれ以上に優れていた。特に熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上のグラファイトからなる高熱伝導シートを用いた場合は、均熱性は更に飛躍的に向上することが分った。また、昇降温速度についても、常温から１８０℃までの昇温速度並びに１８０℃から１５０℃までの冷却速度が、２２℃／分と非常に優れていた。

これに対して、高熱伝導シートとして熱伝導率が８０Ｗ／ｍＫのＡｌ合金を用いた試料４では、昇降温速度が所望の２０℃／分を達成できないばかりか、均熱性も阻害されることが明らかとなった。また、高熱伝導シートを用いていない従来例の試料５〜６では、均熱レンジが１℃を超えてしまううえ、昇降温速度も２０℃／分を達成することができなかった。

［実施例２］
本発明の試料７〜１２として、厚み１.０ｍｍのグラファイトシート（平面方向の熱伝導率３２０Ｗ／ｍＫ）からなる高熱伝導シートを用い、ＡｌＮ（平面方向の熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ）の載置台の厚みを変化させた以外は、上記実施例１の試料２と同じヒータユニットを準備した。これらの試料７〜１２のヒータユニットについて、上記実施例１と同様に均熱レンジ及び昇降温速度を評価し、その結果を下記表２に示した。

上記の結果から分るように、載置台の厚みを薄くすると昇降温速度は早くなっていくものの、厚みが２ｍｍを下回ると均熱レンジが急激に悪化することが確認された。この均熱レンジの悪化は、載置台が極端に薄くなると、高熱伝導シートを介在させていても、載置台の処理面内に熱をすみやかに移動させることが困難になることを示している。また、載置台を１０ｍｍより厚くすると、昇降温速度が２０℃／分より低下するので、載置台の厚みは１０ｍｍ以下であることが望ましい。

［実施例３］
本発明の試料１３〜２２として、ＡｌＮ（平面方向の熱伝導率１７０Ｗ／ｍＫ）の載置台の厚みを５ｍｍに固定して、高熱伝導シートにグラファイトシート又はＡｌシートを用い、且つ高熱伝導シートの厚みを０.０５〜４.０ｍｍの範囲内で変化させた以外は、上記実施例１の試料２と同じヒータユニットを準備した。これらの試料１３〜２２のヒータユニットについて、上記実施例１と同様に均熱レンジ及び昇降温速度を評価し、その結果を下記表３に示した。

上記の結果から分るように、高熱伝導シートの厚みが０.１ｍｍよりも薄くなると、十分な均熱性が得られない。また、高熱伝導シートの厚みが３.０ｍｍを超えて厚くなり過ぎると、ウエハ搭載時に一旦下がった載置台の処理面の温度が回復するのに時間を要してしまい、ウエハ搭載６０秒後の過渡均熱特性が悪くなってしまうことが分った。

［実施例４］
本発明の試料２３〜２６として、載置台の厚みを５ｍｍとし、且つ材質を純Ａｌ、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−Ｃのいずれかにした以外は、上記実施例１の試料２と同じヒータユニットを準備した。これらの試料２３〜２６のヒータユニットについて、上記実施例１と同様に均熱レンジ及び昇降温速度を評価し、その結果を下記表４に示した。いずれの試料も、良好な均熱性と昇降温速度を得ることができた。

［実施例５］
本発明の試料２７〜２９として、載置台の厚みを５ｍｍとし且つ材料をＡｌ_２Ｏ_３（平面方向の熱伝導率２０Ｗ／ｍＫ）とし、高熱伝導シートとして平面方向の熱伝導率が高いグラファイト、アルミニウム、銅のいずれかを用いた以外は、上記実施例１の試料２と同じヒータユニットを準備した。これらの試料２７〜２９のヒータユニットについて、上記実施例１と同様に均熱レンジ及び昇降温速度を評価し、その結果を下記表５に示した。いずれの試料も、良好な均熱性と昇降温速度を得ることができた。

［実施例６］
試験装置として、上記実施例１と同様に図４に示すように容器４にヒータユニット１０と冷却モジュール３を設置したが、そのヒータユニット１０として図３（ｂ）の構成のヒータユニットを用いた。即ち、ＡｌＮの載置台（直径３３０ｍｍ、厚み５ｍｍ）と、ＳＵＳ箔をエッチングして作製した発熱体と、絶縁シートと、グラファイトからなる高熱伝導シートと、ＡｌＮの背面プレート（直径３３０ｍｍ、厚み２ｍｍ）とを、この順序に重ね合わせ、ネジ止めにより結合してヒータユニットとした。

このヒータユニットを用いた本発明の試料３０〜３２において、載置台のＡｌＮは平面方向の熱伝導率が１７０Ｗ／ｍＫであり、高熱伝導シートとして平面方向の熱伝導率が３２０Ｗ／ｍＫのグラファイトシートを用いたが、そのグラファイトシートの厚みを０.３〜１.０ｍｍの範囲で変化させ、上記実施例１と同様に均熱レンジ及び昇降温速度を評価し、その結果を下記表６に示した。

上記の結果から分るように、発熱体よりも下側（載置台の処理面と反対側）に高熱伝導シートがある場合でも、１.０℃以下の良好な均熱性と２０℃／分を超える昇降温速度を得ることができた。

冷却ブロックを備えた半導体製造装置の具体例を示す概略の断面図である。 従来の半導体製造装置で使用されるヒータユニットの一具体例を示す概略の断面図である。 本発明のヒータユニットを示す概略の断面図である。 本発明のヒータユニットを用いた半導体製造検査装置の具体例を示す概略の断面図である。

符号の説明

１０ ヒータユニット
１１ 載置台
１２ 背面プレート
１３ 発熱体
１４ 高熱伝導シート
１５ 絶縁シート
１６ 測温温度計

Claims (13)

1. 被加熱物を処理面に搭載して加熱処理するための載置台と、載置台の処理面と反対側に配置した背面プレートと、載置台と背面プレートの間に配置され、載置台を加熱するための発熱体とを備えたヒータユニットにおいて、該載置台と発熱体の間に、平面方向の熱伝導率が前記載置台よりも高く且つ可撓性を有する高熱伝導シートを配置したことを特徴とするヒータユニット。
2. 被加熱物を処理面に搭載して加熱処理するための載置台と、載置台の処理面と反対側に配置した背面プレートと、載置台と背面プレートの間に配置され、載置台を加熱するための発熱体とを備えたヒータユニットにおいて、該発熱体と背面プレートの間に、平面方向の熱伝導率が前記載置台よりも高く且つ可撓性を有する高熱伝導シートを配置したことを特徴とするヒータユニット。
3. 前記高熱伝導シートの平面方向の熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のヒータユニット。
4. 前記載置台の厚みが２〜１０ｍｍ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ヒータユニット。
5. 前記高熱伝導シートの厚みが０.１〜３ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のヒータユニット。
6. 前記高熱伝導シートの主成分が、グラファイト、アルミニウム、あるいは銅のいずれかであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のヒータユニット。
7. 前記載置台の主成分が、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコン、ステンレスからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のヒータユニット。
8. 前記背面プレートの厚みが載置台の厚みよりも薄いことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のヒータユニット。
9. 前記背面プレートの主成分が、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、銅、アルミニウム、ニッケル、シリコンからなる群から選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のヒータユニット。
10. 前記載置台と前記背面プレートの間に、少なくとも1層の絶縁シートが配置されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載のヒータユニット。
11. 前記載置台の処理面と反対側に、背面プレートと当接又は分離する可動式の冷却モジュールを備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のヒータユニット。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のヒータユニットを搭載したことを特徴とする半導体製造検査装置。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載のヒータユニットを搭載したことを特徴とするフラットディスプレイパネルの製造検査装置。
    
    

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