JP3559548B2

JP3559548B2 - Wafer heating device

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Publication number: JP3559548B2
Application number: JP2002019544A
Authority: JP
Inventors: 浩触
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: JP2003224048A

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際に用いるウエ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。
【０００２】
【従来の技術】
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、半導体素子の配線の微細化に伴い、ウエハ熱処理温度の精度向上が必要となり、温度精度に優れた枚葉式の熱処理装置が広く使用されるようになった。
【０００４】
例えば、特開平１１−１４５１４９には、複数サイズのウエハに熱処理を施すことができる熱処理装置が紹介されている。また、特開１１−４０３３０には、温度制御に優れた熱処理装置が紹介されている。また、特開２００１−２３７０５３では、ウエハの加熱均一性に優れた加熱装置が紹介されている。また、特開２００１−５２９８５には、短時間で均一に冷却する事のできる加熱装置が紹介されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年生産効率の向上の為、ウエハサイズの大型化が進んでいるが、半導体素子自体も多様化し、必ずしも大判ウエハで製造することが生産効率の向上にはつながらず、ひとつの装置で、多種多様のウエハサイズや熱処理条件に対応可能な熱処理装置が望まれている。
【０００６】
更に、半導体素子の配線微細化に伴い使用され始めた化学増幅型レジストにおいては、ウエハを熱処理装置に載置した瞬間から離脱し熱処理を終了させるまでの過渡的な温度履歴も極めて重要となり、ウエハ載置直後から概ね６０秒以内にウエハの温度が均一に安定することが望まれている。
【０００７】
しかしながら、特開平１１−１４５１４９に紹介されている装置では、ウエハサイズ毎に保持機構を設ける必要があり、構造が複雑で装置コストが高くなり実用的ではない。また、特開平１１−４０３３０及び特開２００１−２３７０５３及び特開２００１−５２９８５に紹介されている装置では、図４に示すように、リフトピンのガイド部材２５がセラミック製の均熱板２に接触しているため、ガイド部材２５に逃げる熱のため均熱板２の面内温度がなかなか一定にならないという問題があった。ウエハサイズに関わらずハンドリングできる構造が示されているものの、貫通孔２４から冷却エアーが均熱板２の表面へ漏れるのを防ぐために、リフトピンのガイド部材２５が均熱板２に接触した構造になっているため、特に貫通孔２４付近での温度の均一性に問題が有った。
【０００８】
従来の金属製の均熱板２を使用していた際は、均熱板２自体の熱容量が大きかったため、リフトピンのガイド部材２５が均熱板２に接していても均熱板２のウエハ載置面の温度分布には影響が小さかったが、最近は、均熱板２の温度変更の応答性を向上させるため、均熱板２をセラミック化し厚みを薄くしているため、ガイド部材２５の接触による均熱板２のウエハ載置面の温度分布を悪くする要因となっていた。
【０００９】
従来は、このガイド部材２５の熱引きに対する対応として、ガイド部材２５が接する部分の周囲の発熱量が増加するように発熱抵抗体の抵抗分布を調整していたが、これは、温度変更した際の過渡時の温度分布を悪くする要因となっていた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体に電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備し、かつ均熱板に設けられた貫通孔からウエハリフトピンを上下させることによりウエハの授受をおこなうウエハ加熱装置において、前記貫通孔の内径が１〜１０ｍｍであり、前記ウエハリフトピンを案内するためのガイド部材を前記均熱板から離間して設置し、かつ前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径を前記貫通孔内径の２倍以下とすることにより、上記課題を解決した。
【００１１】
また、上記ガイド部材の均熱板に対向する面に面取りを施すことも有効であることを見いだした。
【００１２】
また、前記ガイド部材が、Ｎｉ系合金、Ａｌ等の耐酸化性金属、メッキ処理などの耐酸化処理を行った金属、もしくはセラミックスのいずれかからなるようにすることにより、高温においても腐食や有害なガスの発生がなく、信頼性を高められることを見いだした。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は本発明に係るウエハ加熱装置１の一例を示す断面図で、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均熱板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を介して発熱抵抗体５を形成したものである。
【００１５】
発熱抵抗体５のパターン形状としては、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、発熱抵抗体５を複数のパターンに分割することも可能である。またパターンの線幅や粗密を調整し、Ｗ密度に分布をつけて均熱性を改善しても良い。
【００１６】
発熱抵抗体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１１を弾性体２１により押圧して接触させることにより、導通が確保されている。給電端子と電極とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【００１７】
さらに、均熱板２と支持体７の外周にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９を介在させてナット２０を螺着することにより弾性的に固定している。これにより、均熱板２の温度が変動した場合に支持体７が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを抑制し、ウエハ表面に、均熱板２の反りに起因する温度ばらつきが発生することを防止できるようになる。
【００１８】
なお、金属製の支持体７は側壁部９と多層構造部１０を有し、均熱板２はその多層構造部１０に対向する上部を覆うように設置してある。また、多層構造部１０には冷却ガスを排出するための開口部１４が施されており、均熱板２の発熱抵抗体５に給電するための給電部６に導通するための導通端子１１，均熱板２を冷却するためのガス噴射口１２、均熱板２の温度を測定するための熱電対１３を設置してある。
【００１９】
さらに、多層構造部１０は複数層からなり、該多層構造部１０の最上層のものは、均熱板２から５〜１５ｍｍの距離に設置することが望ましい。これは、均熱板２と多層構造部１０相互の輻射熱により均熱化が容易となると同時に、他層との断熱効果があるので、均熱となるまでの時間が短くなるためである。
【００２０】
本発明においては、均熱板２には少なくとも３箇所の貫通孔２４が設けられ、ウエハリフトピン２３を上下させることにより、均熱板２へウエハを迅速に載置離脱がおこなえる。また、ウエハリフトピン２３が均熱板２へ直接接触しないようにガイド部材２５が設置されている。
【００２１】
ガイド部材２５周辺の概略構造を図２に示す。貫通孔２４は、内径１〜１０ｍｍとする。この範囲で有れば、貫通孔２４付近の温度ばらつきを抑制でき、ウエハを短時間で均一に加熱することができる。
【００２２】
リフトピン２３の外径は、貫通孔２４の内径やガイド部材２５の内径寸法より０．２ｍｍ以上小さくすることが望ましい。近接しすぎると接触してしまう。
接触することにより熱引きが生じ均熱性を阻害する上、接触部が摩耗しダストが発生し、雰囲気を汚染することにより、ウエハ処理に有害となる。そのため貫通孔２４の内径が１ｍｍ未満で有れば、ウエハリフトピン２３が細くなり過ぎるため十分な剛性を確保できず、均熱板２やガイド部材２５と接触するなどウエハ載置離脱の安定性に欠ける為、特にウエハの過渡的な熱履歴にばらつきが生じる為好ましくない。逆に、１０ｍｍを越えると貫通孔上に非加熱領域が広くなり過ぎて、周囲の発熱抵抗体のＷ密度を調整しても、均熱性を確保できず好ましくない。
【００２３】
また、ガイド部材２５は、均熱板２から離間して設置する。離間させることにより、均熱板２からの熱引きを防止し、良好な均熱性を確保できる。逆に接触していれば、均熱板２の熱がガイド部材２５に引かれてしまい部分的な温度低下が起こり、ウエハ加熱の均熱性を阻害する。また、ガイド部材２５の温度も上昇し、歪んでしまう。
【００２４】
より好ましくは、均熱板２とガイド部材２５の離間距離を０．１〜２ｍｍとすることがよい。そうすることで、温度を上げた際の熱膨張差等でガイド部材２５と均熱板２が接触することなく、冷却エアーを導入した場合にも、ウエハ載置面への冷却エアー流入を抑制し、ウエハ処理部を汚染することがない。前記離間距離が０．１ｍｍ未満では温度上昇時の熱膨張などにより、ガイド部材２５と均熱板２が部分的に接触してしまう可能性があり好ましくない、逆に２ｍｍを越えると、冷却エアーなどを導入した場合に、冷却エアーがウエハ載置面に多量に漏れ込み、ウエハ処理部を汚染する可能性があり好ましくない。
【００２５】
また、ガイド部材２５の均熱板２に対向する面の外径は、貫通孔２４の内径の２倍以下にする。ガイド部材２５を均熱板２から離間させることで伝導により熱引けは緩和されるが、輻射による熱引けは均熱板２に対向する面の大きさに影響される。そのためガイド部材２５の外径を貫通孔２４の２倍以下にすることで必要な均熱性が確保できる。逆に２倍以上になると、均熱板２の貫通孔周囲の熱をより多く奪ってしまう為、結果的に貫通孔２４直上の温度も下がってしまい好ましくない。
【００２６】
更に、図２（ｂ）のように、ガイド部材２５の均熱板２に対向する面に面取り２５ａを施すことも望ましい。
面取りが無い場合に比較して、面取りすることにより均熱板２からガイド部材２５へ輻射により伝わる熱を更に抑制でき、より均熱性を高められる。より好ましくは、ガイド部材２５の肉厚の１／３以上の面取り２５ａを施すことが望ましい。
【００２７】
また、ガイド部材２５は、Ｎｉ系合金やＡｌ等の耐酸化性金属、めっき処理などを施した金属、もしくはセラミックスなどで構成されるのが望ましい。
高温時に腐食や有害なガスが発生せず、ウエハ熱処理に害を与えないからである。
【００２８】
また、支持体７内に昇降自在に設置されたリフトピン２３により、ウエハＷを載置面３上に載せたり載置面３より持ち上げたりといった作業がなされる。そして、ウエハＷは、ウエハ支持ピン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。
【００２９】
そして、このウエハ加熱装置１によりウエハＷを加熱するには、搬送アーム（不図示）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２３にて支持したあと、リフトピン２３を降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。
【００３０】
次に、給電部６に通電して発熱抵抗体５を発熱させ、絶縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱するのであるが、本発明によれば、支持体１に多層構造部１４を備えているため、均熱板２に近接した多層構造部１４を均熱板２の熱の輻射板として活用できるので、均熱板２を有効に短時間で均熱化することができる。
【００３１】
さらに、均熱板２を炭化珪素質焼結体又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、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも発熱抵抗体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。
【００３２】
均熱板２の厚みは、２〜７ｍｍとすることが好ましい。均熱板２の厚みが２ｍｍより薄いと、均熱板２の強度がなくなり発熱抵抗体５の発熱による加熱時、流体噴射口１２からの冷却流体を吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、均熱板２にクラックが発生する。また、均熱板２の厚みが７ｍｍを越えると、均熱板２の熱容量が大きくなるので加熱および冷却時の温度が安定するまでの時間が長くなってしまい好ましくない。
【００３３】
このように、均熱板２の熱容量を小さくすると、支持体７からの熱引きにより均熱板２の温度分布が悪くなる。そこで、支持体７が均熱板２をその外周部で保持する構造としている。
【００３４】
また、発熱抵抗体５への給電方法については、支持体７に設置した導通端子１１を均熱板２の表面に形成した給電部６に導通端子１１をバネ（不図示）で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、２〜７ｍｍの厚みの均熱板２に金属からなる端子部を埋設して形成すると、該端子部の熱容量により均熱性が悪くなるからである。そのため、本発明のように、導電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、均熱板２とその支持体７の間の温度差による熱応力を緩和し、高い信頼性で電気的導通を維持できる。さらに、接点が点接触となるのを防止するため、弾性のある導体を中間層として挿入しても構わない。この中間層は単に箔状のシートを挿入するだけでも効果がある。そして、導通端子７の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００３５】
また、均熱板２の温度は、均熱板２にその先端が埋め込まれた熱電対１３により測定する。熱電対１３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１３を使用することが好ましい。この熱電対１３の先端部は、均熱板２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。同様に素線の熱電対やＰｔ等の測温抵抗体を埋設して測温を行うことも可能である。
【００３６】
さらに、レジスト膜形成用のウエハ加熱装置１として使用する場合は、均熱板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。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。
【００３７】
なお、均熱板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。
【００３８】
また、均熱板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。
【００３９】
さらに、均熱板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。
【００４０】
一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として使用する場合、半導電性を有する均熱板２と発熱抵抗体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４００μｍを越えると、均熱板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。
【００４１】
また、均熱板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、均熱板２に対する発熱抵抗体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、発熱抵抗体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。
【００４２】
この絶縁層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、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、均熱板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クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００４３】
なお、ガラスからなる絶縁層４を均熱板２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを均熱板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、ガラスペーストを６００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。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窒化アルミニウム質焼結体からなる均熱板２を８５０〜１３００℃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、ガラスからなる絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００４４】
さらに、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体５材料としては、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）等の導電性の金属酸化物や上記金属材料を樹脂ペーストやガラスペーストに分散させたペーストを用意し、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して、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。
【００４５】
ただし、発熱抵抗体５材料に銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）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、発熱抵抗体５を覆うように絶縁層４と同一の材質からなるコート層を４０〜４００μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００４６】
図１では、発熱抵抗体５に対し、給電部６において導通端子１１を弾性体２１で押しつけて導通を確保するようにしている。給電部６は、発熱抵抗体５の端子部に導電性接着剤を塗布、硬化させることにより形成しても構わない。
【００４７】
また、これまで、発熱抵抗体５を均熱板２の表面に形成するタイプのウエハ加熱装置１について説明してきたが、発熱抵抗体５は、均熱板２に内蔵されていても構わない。
【００４８】
図３を例にして説明すると、例えば主成分が窒化アルミニウムからなる均熱板２を用いる場合、まず、発熱抵抗体５の材料としては窒化アルミニウムと同時焼成できる材料という観点から、ＷもしくはＷＣを用いる。均熱板２は、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発熱抵抗体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得ることが出来る。
【００４９】
また、発熱抵抗体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の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の発熱抵抗体５の酸化を防止することができる。
【００５０】
【実施例】
実施例１
熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋの炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍの円盤状をした均熱板２を複数製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、表１試料番号１〜１０に記載のものとした。各均熱板２の一方の主面に絶縁層４を被着するため、ガラス粉末にエチルセルロースと有機溶剤のテルピネオールからなるバインダー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印刷した後、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４とした。
【００５１】
次いで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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の発熱抵抗体５を形成した。発熱抵抗体５は直径方向に４分割しパターン配置は、中心部から１パターン、２パターン、４パターン、８パターンの計１５パターン構成とした。しかるのち発熱抵抗体５に給電部６を導電性接着剤にて固着させることにより、均熱板２を製作した。
【００５２】
また、支持体７は、厚み２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２枚の多層構造部１０準備し、このうち１枚に、ガス噴射口１２、熱電対１３、導通端子１１、ガイド部材２５を所定の位置に形成し、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部９とネジ締めにて固定して支持体７を準備した。また２枚の多層構造部１０のうち、均熱板２に近い方の多層構造部１０から均熱板２までの距離は８ｍｍ、多層構造部どうしの距離を１５ｍｍとした。その後、前記支持体７の上に、均熱板２を重ね、その外周部にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９を介在させてナット２０を螺着することにより弾性的に固定することによりウエハ加熱装置１とした。ガイド部材２５は表１試料番号１〜１０となる様調整したものを組み付けた。ここで、表１記載のガイド外径及び内径は、均熱板２に対向する部分を指し、面取りはこの部分に対する面取りである。
【００５３】
比較用として、同様の方法で、表１試料番号２１〜２５に記載の試料を準備した。なお、Ｎｏ．２６は、比較例として用いた従来の試料である。
【００５４】
評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された測温用ウエハを用いて行った。まず、貫通孔２４直上を避けて測温ウエハを載置し、全体の温度ばらつきが０．３℃以下になるようにウエハ加熱装置を調整した。次に測温ウエハを回転させて、貫通孔２４の直上で測温を行い、周囲との温度差を計測した。温度差が０．４℃以下を○、０．５℃をこえるものを×と判定した。
【００５５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００５６】
【表１】

【００５７】
表１から判るように、Ｎｏ．２１は、均熱板２の貫通孔２４の内径が０．７ｍｍと小さいために、リフトピンを上下させた場合にリフトピンが貫通孔２４に接触し、パーティキュレートを発生させる原因になるので好ましくない。また、Ｎｏ．２２は、ガイド部材２５が均熱板２に接触しているため、均熱性が悪くなるので好ましくない。Ｎｏ．２３は、ガイド部材２５の径が１０ｍｍを越えて貫通孔２４内径の２倍より大きいため、ガイド部材の熱容量により均熱板２の温度分布に影響が生じ、均熱性が悪くなるので好ましくない。また、貫通口２４の直径が１０ｍｍを越えるＮｏ．２４〜２６は、温度ばらつきが０．５℃を越えた。これば貫通孔２４の周囲の発熱抵抗体のＷ密度を上げても調整しきれないほど、非加熱エリアが広くなりすぎた為である。
【００５８】
これに対し、貫通孔２４の直径が１〜１０ｍｍであり、かつリフトピン２３のガイド部材２５が、均熱２から離間して設置され、かつガイド部材２５の均熱板に２に近接する部分の外径が、貫通孔２４の直径の２倍以下である、試料番号１〜１０の温度ばらつきは０．４℃以下となり良好な結果を示した。
【００５９】
更に、ガイド部材２５の均熱板２に対向する面に面取りを施した試料番号７は同形状で面取りのない試料番号６に対して、温度ばらつきが小さくより良好な結果を示した。
【００６０】
貫通孔２４の直径については、１〜１０ｍｍの範囲が、温度差０．４℃以下で良好な結果を示した。
【００６１】
ガイド部材２５については、均熱板２から離間して設置したものが温度差０．４℃以下で良好な結果を示した。離間させることにより空気層での断熱が図られ均熱板２からガイド部材２５への不要な熱引きが抑制されるためである。
【００６２】
同様にガイド部材２５に面取りを施すと更に不要な熱引きが抑制されることが判った。逆にガイド部材２５を均熱板２に接触させると、不要な熱引きにより貫通孔２４直上の温度低下のみならず、周囲の温度も低下し、均熱性が大きく損なわれた。
【００６３】
また、ガイド部材をＮｉ系耐熱性金属であるＳＵＳで作製した事により、更に２５０℃まで昇温を行った後も、腐食等の変化や劣化は認められず良好な状態を保っていた。Ａｌなどの耐酸化性金属やＮｉめっき等の耐酸化処理を行った金属部材やセラミックス部材でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体に電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備し、かつ均熱板に設けられた貫通孔からウエハリフトピンを上下させることによりウエハの授受をおこなうウエハ加熱装置において、前記貫通孔の口径が１〜１０ｍｍであり、かつウエハリフトピンのガイド部材が均熱板から離間して設置され、かつガイド部材の均熱板に近接する部分の外径が、貫通孔径の２倍以下とすることにより、開口部分でも温度ばらつきに少ない良好なウエハ加熱装置が得られる。
【００６５】
また、上記ガイド部材の均熱板に対向する面に面取りを施すことにより更に均熱性に優れたウエハ加熱装置を得られる。
【００６６】
また、前記ガイド部材がＮｉ系合金、Ａｌ等の耐酸化性金属又はメッキ処理などの耐酸化処理を行った金属もしくはセラミックスを用いて作製することにより加熱時にウエハ処理に有害なガスの発生や、パーティクルの原因となる錆等の生じない信頼性の高いウエハ加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明のウエハ加熱装置のガイド部材周辺を示す断面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】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：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：発熱抵抗体
６：給電部
７：支持体
８：支持ピン
９：側壁部
１０：多層構造部
１１：導通端子
１２：ガス噴射口
１３：熱電対
１４：開口部
１５：接続部材
１６：ボルト
１７：断熱部
１８：弾性体
１９：座金
２０：ナット
２１：弾性体
２３：リフトピン
２４：貫通孔
２５ガイド部材
Ｗ：半導体ウエハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer heating apparatus mainly used for heating a wafer, for example, a method of forming a thin film on a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal device, or a circuit board, or a resist solution applied on the wafer. And a wafer heating apparatus suitable for forming a resist film by drying and baking.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art 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, a wafer heating device is used to heat a semiconductor wafer (hereinafter, abbreviated as a wafer).
[0003]
Conventional semiconductor manufacturing equipment used a batch type that collectively processes a plurality of wafers. However, with the miniaturization of semiconductor element wiring, it is necessary to improve the accuracy of the wafer heat treatment temperature. 2. Description of the Related Art A single-wafer heat treatment apparatus having excellent heat resistance has been widely used.
[0004]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-145149 introduces a heat treatment apparatus capable of performing heat treatment on wafers of a plurality of sizes. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-40330 introduces a heat treatment apparatus having excellent temperature control. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-237053 introduces a heating apparatus having excellent wafer heating uniformity. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-52985 introduces a heating device capable of uniformly cooling in a short time.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the size of wafers has been increasing in order to improve production efficiency. However, semiconductor devices themselves have also been diversified, and manufacturing with large wafers does not necessarily lead to improvement in production efficiency. There is a demand for a heat treatment apparatus capable of coping with the wafer size and heat treatment conditions.
[0006]
Furthermore, in the chemically amplified resist that has begun to be used in accordance with the miniaturization of the wiring of semiconductor elements, the transitional temperature history from the moment when the wafer is placed in the heat treatment apparatus to the time when the wafer is separated and the heat treatment is completed is extremely important. It is desired that the temperature of the wafer be uniformly stabilized within about 60 seconds immediately after the placement.
[0007]
However, in the apparatus introduced in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-145149, it is necessary to provide a holding mechanism for each wafer size, and the structure is complicated, the apparatus cost is high, and it is not practical. In the apparatus disclosed in JP-A-11-40330, JP-A-2001-237053 and JP-A-2001-52985, as shown in FIG. 4, a guide member 25 of a lift pin comes into contact with a ceramic heat equalizing plate 2. Therefore, there is a problem that the in-plane temperature of the heat equalizing plate 2 does not easily become constant due to heat escaping to the guide member 25. Although a structure that can be handled regardless of the wafer size is shown, in order to prevent the cooling air from leaking from the through hole 24 to the surface of the heat equalizing plate 2, the guide member 25 of the lift pin is in contact with the heat equalizing plate 2. Therefore, there is a problem in the temperature uniformity especially in the vicinity of the through hole 24.
[0008]
When the conventional heat equalizing plate 2 made of metal was used, the heat capacity of the heat equalizing plate 2 itself was large. Therefore, even if the guide member 25 of the lift pin was in contact with the heat equalizing plate 2, the wafer mounting of the heat equalizing plate 2 was performed. Although the influence on the temperature distribution on the mounting surface was small, recently, in order to improve the responsiveness of the temperature change of the heat equalizing plate 2, the heat equalizing plate 2 is made ceramic to reduce the thickness. This is a factor that deteriorates the temperature distribution on the wafer mounting surface of the soaking plate 2 due to the contact.
[0009]
Conventionally, the resistance distribution of the heating resistor has been adjusted so as to increase the amount of heat generated around the portion where the guide member 25 is in contact with the guide member 25 in response to the heat removal of the guide member 25. This is a factor that deteriorates the temperature distribution during the transient.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on the above problems, and as a result, one of the main surfaces of the heat equalizing plate made of ceramics is used as a wafer mounting surface, and the other main surface or inside has a heating resistor, In a wafer heating apparatus, a power supply unit electrically connected to a resistor is provided on the other main surface, and a wafer is transferred by moving a wafer lift pin up and down from a through hole provided in a heat equalizing plate. The through hole has an inner diameter of 1 to 10 mm, a guide member for guiding the wafer lift pins is installed separately from the heat equalizing plate, and the outer diameter of a portion of the guide member close to the heat equalizing plate is set to the outer diameter. The above problem was solved by setting the inner diameter of the through hole to twice or less.
[0011]
It has also been found that it is effective to chamfer the surface of the guide member facing the heat equalizing plate.
[0012]
In addition, the guide member is made of any one of an oxidation-resistant metal such as a Ni-based alloy and Al, a metal subjected to an oxidation-resistant treatment such as a plating treatment, or a ceramic, so that corrosion and harmfulness even at a high temperature can be achieved. No gas was generated, and reliability was improved.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0014]
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a wafer heating apparatus 1 according to the present invention, in which one main surface of a heat equalizing plate 2 made of ceramics containing silicon carbide or aluminum nitride as a main component is placed on a mounting surface on which a wafer W is placed. 3, and a heating resistor 5 is formed on the other main surface via an insulating layer 4 made of glass, resin, or the like.
[0015]
The heating resistor 5 may have any pattern shape such as a substantially concentric shape or a spiral shape, as long as it can uniformly heat the mounting surface 3. In order to improve the heat uniformity, the heating resistor 5 can be divided into a plurality of patterns. Further, the uniformity may be improved by adjusting the line width and the density of the pattern to give a distribution to the W density.
[0016]
A power supply section 6 made of a material such as gold, silver, palladium, or platinum is formed on the heat generating resistor 5, and conduction is secured by pressing the conductive terminal 11 against the power supply section 6 with an elastic body 21. Have been. A method such as soldering or brazing may be used as long as the power supply terminal and the electrode can be electrically connected.
[0017]
Further, a bolt 16 is passed through the outer periphery of the heat equalizing plate 2 and the support 7, and a heat insulating portion 17 is interposed so that the heat equalizing plate 2 does not directly contact the support 7. The nut 20 is screwed on with the washer 19 interposed therebetween, so that the nut 20 is elastically fixed. As a result, even if the support 7 is deformed when the temperature of the heat equalizing plate 2 fluctuates, the deformation is absorbed by the elastic body 18, thereby suppressing the warping of the heat equalizing plate 2. It is possible to prevent the occurrence of temperature variation due to the warpage of the hot plate 2.
[0018]
The metal support 7 has a side wall 9 and a multilayer structure 10, and the heat equalizing plate 2 is installed so as to cover an upper portion facing the multilayer structure 10. The multilayer structure 10 is provided with an opening 14 for discharging a cooling gas, and a conduction terminal 11 for conducting to a power supply 6 for supplying power to the heating resistor 5 of the heat equalizing plate 2. A gas injection port 12 for cooling the soaking plate 2 and a thermocouple 13 for measuring the temperature of the soaking plate 2 are provided.
[0019]
Furthermore, the multilayer structure 10 is composed of a plurality of layers, and the uppermost layer of the multilayer structure 10 is desirably installed at a distance of 5 to 15 mm from the heat equalizing plate 2. This is because radiant heat between the heat equalizing plate 2 and the multilayer structure portion 10 facilitates temperature equalization, and at the same time, has a heat insulating effect with other layers.
[0020]
In the present invention, at least three through-holes 24 are provided in the heat equalizing plate 2, and by moving the wafer lift pins 23 up and down, a wafer can be quickly placed on and removed from the heat equalizing plate 2. A guide member 25 is provided so that the wafer lift pins 23 do not directly contact the heat equalizing plate 2.
[0021]
FIG. 2 shows a schematic structure around the guide member 25. The through hole 24 has an inner diameter of 1 to 10 mm. With this range, the temperature variation near the through-hole 24 can be suppressed, and the wafer can be uniformly heated in a short time.
[0022]
It is desirable that the outer diameter of the lift pin 23 be smaller than the inner diameter of the through hole 24 and the inner diameter of the guide member 25 by 0.2 mm or more. If they are too close, they will come in contact.
The contact causes heat drawing and impairs the uniformity of heat, and furthermore, the contact portion is worn and dust is generated, thereby contaminating the atmosphere, which is harmful to wafer processing. Therefore, if the inner diameter of the through-hole 24 is less than 1 mm, the wafer lift pins 23 become too thin, so that sufficient rigidity cannot be secured, and the stability of the wafer loading / unloading such as contact with the heat equalizing plate 2 or the guide member 25 is reduced. It is not preferable because chipping occurs, particularly because the transient thermal history of the wafer varies. Conversely, if it exceeds 10 mm, the unheated area becomes too large on the through-hole, and even if the W density of the surrounding heating resistor is adjusted, it is not preferable because the uniform heat cannot be secured.
[0023]
Further, the guide member 25 is installed separately from the heat equalizing plate 2. By separating, heat can be prevented from being drawn from the heat equalizing plate 2 and good heat uniformity can be secured. On the other hand, if they are in contact, the heat of the heat equalizing plate 2 is drawn by the guide member 25, causing a partial temperature drop, which hinders the uniformity of wafer heating. In addition, the temperature of the guide member 25 also rises and is distorted.
[0024]
More preferably, the distance between the heat equalizing plate 2 and the guide member 25 is preferably 0.1 to 2 mm. By doing so, the guide member 25 and the soaking plate 2 do not come into contact with each other due to a difference in thermal expansion when the temperature is raised, and the cooling air is prevented from flowing into the wafer mounting surface even when the cooling air is introduced. Therefore, the wafer processing section is not contaminated. If the separation distance is less than 0.1 mm, the guide member 25 and the heat equalizing plate 2 may partially come into contact with each other due to thermal expansion or the like when the temperature rises. When such a method is introduced, a large amount of cooling air leaks into the wafer mounting surface, which may undesirably contaminate the wafer processing unit.
[0025]
The outer diameter of the surface of the guide member 25 facing the heat equalizing plate 2 is set to be twice or less the inner diameter of the through hole 24. By separating the guide member 25 from the heat equalizing plate 2, the heat shrinkage is reduced by conduction, but the heat shrinkage by radiation is affected by the size of the surface facing the heat equalizing plate 2. Therefore, by setting the outer diameter of the guide member 25 to twice or less that of the through hole 24, necessary heat uniformity can be secured. Conversely, if it is twice or more, more heat around the through hole of the heat equalizing plate 2 is taken away, and as a result, the temperature immediately above the through hole 24 also decreases, which is not preferable.
[0026]
Further, as shown in FIG. 2 (b), it is also desirable to apply a chamfer 25a to the surface of the guide member 25 facing the heat equalizing plate 2.
Compared to the case without chamfering, by chamfering, the heat transmitted from the heat equalizing plate 2 to the guide member 25 by radiation can be further suppressed, and the heat uniformity can be further improved. More preferably, it is desirable to provide a chamfer 25a of １／ or more of the thickness of the guide member 25.
[0027]
The guide member 25 is preferably made of an oxidation-resistant metal such as a Ni-based alloy or Al, a metal subjected to plating or the like, or a ceramic.
This is because no corrosion or harmful gas is generated at a high temperature and no harm is caused to the wafer heat treatment.
[0028]
In addition, operations such as mounting the wafer W on the mounting surface 3 and lifting the wafer W from the mounting surface 3 are performed by the lift pins 23 installed in the support 7 so as to be able to move up and down. The wafer W is held in a state of being floated from the mounting surface 3 by the wafer support pins 8 so as to prevent a temperature variation due to a one-side contact or the like.
[0029]
In order to heat the wafer W by the wafer heating apparatus 1, the wafer W carried above the mounting surface 3 by the transfer arm (not shown) is supported by the lift pins 23, and then the lift pins 23 are lowered. The wafer W on the mounting surface 3.
[0030]
Next, power is supplied to the power supply unit 6 to cause the heating resistor 5 to generate heat, thereby heating the wafer W on the mounting surface 3 via the insulating layer 4 and the soaking plate 2. According to the present invention, Since the support 1 has the multilayer structure 14, the multilayer structure 14 adjacent to the heat equalizing plate 2 can be used as a heat radiation plate of the heat equalizing plate 2, so that the heat equalizing plate 2 can be effectively used in a short time. It can be soaked.
[0031]
Further, since the heat equalizing plate 2 is formed of a silicon carbide-based sintered body or an aluminum nitride-based sintered body, deformation is small even when heat is applied, and the plate thickness can be reduced. The heat-up time before cooling and the cooling time from the predetermined processing temperature to cooling to around room temperature can be shortened, the productivity can be increased, and the heat conductivity is 50 W / m · K or more. Therefore, even if the plate thickness is small, the Joule heat of the heating resistor 5 can be quickly transmitted, and the temperature variation of the mounting surface 3 can be extremely reduced.
[0032]
The thickness of the soaking plate 2 is preferably 2 to 7 mm. When the thickness of the heat equalizing plate 2 is less than 2 mm, the strength of the heat equalizing plate 2 is lost, and when heating by the heat generated by the heat generating resistor 5, when the cooling fluid is sprayed from the fluid ejection port 12, the thermal stress during cooling is reduced. It cannot endure and cracks occur in the heat equalizing plate 2. On the other hand, if the thickness of the heat equalizing plate 2 exceeds 7 mm, the heat capacity of the heat equalizing plate 2 increases, so that the time until the temperature during heating and cooling stabilizes becomes long, which is not preferable.
[0033]
As described above, when the heat capacity of the heat equalizing plate 2 is reduced, the temperature distribution of the heat equalizing plate 2 is deteriorated due to heat drawn from the support 7. Therefore, the support 7 has a structure in which the heat equalizing plate 2 is held at the outer peripheral portion.
[0034]
The power supply to the heating resistor 5 is performed by pressing the conductive terminal 11 provided on the support 7 against the power supply unit 6 formed on the surface of the heat equalizing plate 2 with a spring (not shown). Secure connection and supply power. This is because, when a terminal part made of metal is buried and formed in the heat equalizing plate 2 having a thickness of 2 to 7 mm, the heat capacity of the terminal part deteriorates the heat uniformity. Therefore, as in the present invention, the conductive terminals 11 are pressed by a spring to secure the electrical connection, so that the thermal stress caused by the temperature difference between the heat equalizing plate 2 and the support 7 is reduced, and high reliability is achieved. Can maintain electrical continuity. Furthermore, an elastic conductor may be inserted as an intermediate layer in order to prevent the contacts from becoming point contacts. This intermediate layer is effective simply by inserting a foil-like sheet. And the diameter of the conduction terminal 7 on the side of the power supply section 6 is preferably 1.5 to 5 mm.
[0035]
The temperature of the soaking plate 2 is measured by a thermocouple 13 whose tip is embedded in the soaking plate 2. As the thermocouple 13, it is preferable to use a sheath-type thermocouple 13 having an outer diameter of 1.0 mm or less from the viewpoint of its responsiveness and workability of holding. The distal end of the thermocouple 13 has a hole formed in the heat equalizing plate 2 and is pressed and fixed to the inner wall surface of the cylindrical metal body provided therein with a spring material to improve the reliability of temperature measurement. Preferred for. Similarly, it is also possible to perform temperature measurement by burying a wire thermocouple or a resistance temperature detector such as Pt.
[0036]
Further, when used as a wafer heating apparatus 1 for forming a resist film, if the main component of the heat equalizing plate 2 is silicon carbide, it does not react with moisture or the like in the atmosphere to generate gas, so that the wafer W Even if it is used for attaching a resist film thereon, fine wiring can be formed at a high density without adversely affecting the structure of the resist film. At this time, it is necessary to prevent the sintering aid from containing a nitride that may react with water to form ammonia or an amine.
[0037]
The silicon carbide sintered body forming the heat equalizing plate 2 may be formed by adding boron (B) and carbon (C) as sintering aids to silicon carbide as a main component, or using alumina (Al). ₂ O ₃ ) Yttria (Y ₂ O ₃ ), Mixed well, processed into a plate shape, and then fired at 1900 to 2100 ° C. Silicon carbide may be any of those mainly composed of α-type and those mainly composed of β-type.
[0038]
Further, the aluminum nitride sintered body forming the heat equalizing plate 2 is made of Y as a sintering aid with respect to aluminum nitride as a main component. ₂ O ₃ And Yb ₂ O ₃ Or the like, and an alkaline earth metal oxide such as CaO if necessary, mixed well, processed into a plate shape, and fired at 1900 to 2100 ° C. in nitrogen gas.
[0039]
Further, the main surface of the heat equalizing plate 2 on the side opposite to the mounting surface 3 has a flatness of 20 μm or less and a surface roughness of the center line average roughness from the viewpoint of enhancing the adhesion to the insulating layer 4 made of glass or resin. It is preferable to polish (Ra) to 0.1 μm to 0.5 μm.
[0040]
On the other hand, when a silicon carbide based sintered body is used as the heat equalizing plate 2, glass or resin is used as the insulating layer 4 for maintaining insulation between the heat equalizing plate 2 having semiconductivity and the heat generating resistor 5. When using glass, if the thickness is less than 100 μm, the withstand voltage is less than 1.5 kV, and the insulating property cannot be maintained. Conversely, if the thickness exceeds 400 μm, the silicon carbide forming the heat equalizing plate 2 can be formed. Since the thermal expansion difference between the high-quality sintered body and the aluminum-nitride-based sintered body is too large, cracks occur and the insulating layer 4 does not function. Therefore, when glass is used as the insulating layer 4, the thickness of the insulating layer 4 is preferably formed in the range of 100 to 400 μm, and more preferably in the range of 200 to 350 μm.
[0041]
When the soaking plate 2 is formed of a sintered body containing aluminum nitride as a main component, an insulating layer 4 made of glass is formed to improve the adhesion of the heating resistor 5 to the soaking plate 2. I do. However, when sufficient glass is added to the heating resistor 5 and a sufficient adhesion strength can be obtained by this, it is possible to omit it.
[0042]
The properties of the glass forming the insulating layer 4 may be either crystalline or amorphous, and the heat-resistant temperature is 200 ° C. or more and the thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C. to 200 ° C. -5 to + 5 × 10 with respect to the coefficient of thermal expansion of the constituting ceramics ^-7 It is preferable to appropriately select and use those in the range of / ° C. That is, when glass having a coefficient of thermal expansion outside the above range is used, the difference in thermal expansion from the ceramics forming the heat equalizing plate 2 becomes too large, so that defects such as cracks and peeling during cooling after baking of the glass may occur. This is because it easily occurs.
[0043]
As a means for applying the insulating layer 4 made of glass on the heat equalizing plate 2, an appropriate amount of the glass paste is dropped on the center of the heat equalizing plate 2, spread by a spin coating method, and uniformly applied. Alternatively, the glass paste may be uniformly applied by a screen printing method, a dipping method, a spray coating method, or the like, and then baked at a temperature of 600 ° C. or higher. When glass is used as the insulating layer 4, the heat equalizing plate 2 made of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body is previously heated to a temperature of about 850 to 1300 ° C., and the insulating layer 4 is applied. By oxidizing the surface, adhesion to the insulating layer 4 made of glass can be improved.
[0044]
Further, as a material of the heat generating resistor 5 to be deposited on the insulating layer 4, a simple metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd) is formed by a vapor deposition method or a plating method. It can be directly deposited or can be made of the above-mentioned metal alone or rhenium oxide (Re ₂ O ₃ ), Lanthanum manganate (LaMnO) ₃ A conductive metal oxide such as) or a paste obtained by dispersing the above metal material in a resin paste or a glass paste is prepared, printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method or the like, and then baked. What is necessary is just to join with the matrix which consists of resin or glass. When glass is used as the matrix, either crystallized glass or amorphous glass may be used, but it is preferable to use crystallized glass in order to suppress a change in resistance due to thermal cycling.
[0045]
However, when silver (Ag) or copper (Cu) is used as the material of the heating resistor 5, migration may occur. In such a case, the same as the insulating layer 4 so as to cover the heating resistor 5. May be coated with a thickness of about 40 to 400 μm.
[0046]
In FIG. 1, the conduction terminal 11 is pressed against the heating resistor 5 by the elastic body 21 in the power supply unit 6 to ensure conduction. The power supply unit 6 may be formed by applying and curing a conductive adhesive on the terminal of the heating resistor 5.
[0047]
Further, the wafer heating apparatus 1 of the type in which the heating resistor 5 is formed on the surface of the heat equalizing plate 2 has been described above, but the heating resistor 5 may be built in the heat equalizing plate 2.
[0048]
Referring to FIG. 3 as an example, for example, when using a heat equalizing plate 2 whose main component is aluminum nitride, first, W or WC is used as a material of the heating resistor 5 from the viewpoint of a material that can be co-fired with aluminum nitride. Used. The heat equalizing plate 2 is formed into a disc shape after sufficiently mixing a raw material containing aluminum nitride as a main component and appropriately containing a sintering aid, and a paste made of W or WC is formed on the surface thereof in a pattern shape of the heating resistor 5. It can be obtained by printing, and another aluminum nitride molded body is overlaid and adhered thereon, and then fired in a nitrogen gas at a temperature of 1900 to 2100 ° C.
[0049]
Further, conduction from the heating resistor 5 may be achieved by forming a through hole in the aluminum nitride base material, embedding a paste made of W or WC, and firing the paste to draw out the electrode to the surface. When the heating temperature of the wafer W is high, the power supply unit 6 applies a paste containing a noble metal such as Au or Ag as a main component on the through-hole and bake it at 900 to 1000 ° C. Oxidation of the body 5 can be prevented.
[0050]
【Example】
Example 1
Grinding is performed on a silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 130 W / m · K to produce a plurality of disc-shaped soaking plates 2 having a thickness of 3 mm and an outer diameter of 330 mm, and further on a concentric circle 60 mm from the center. Three through-holes were equally formed. The through-bore diameters were those described in Table 1 sample numbers 1 to 10. In order to apply the insulating layer 4 to one main surface of each heat equalizing plate 2, a glass paste produced by kneading a binder composed of ethyl cellulose and an organic solvent terpineol into glass powder is printed by a screen printing method, After the organic solvent was dried by heating to 150 ° C., a degreasing treatment was performed at 550 ° C. for 30 minutes, and further baking was performed at a temperature of 700 to 900 ° C., thereby forming an insulating layer 4 made of glass and having a thickness of 200 μm.
[0051]
Next, in order to apply the heating resistor 5 on the insulating layer 4, Au powder and Pd powder as conductive materials, and a conductive paste prepared by kneading a glass paste to which a binder having the same composition as described above is added are screen-printed. After printing in a predetermined pattern shape by the method, heated to 150 ℃ to dry the organic solvent, further subjected to a degreasing treatment at 550 ℃ 30 minutes, and then baked at a temperature of 700 to 900 ℃, The heating resistor 5 having a thickness of 50 μm was formed. The heating resistor 5 was divided into four in the diameter direction, and the pattern arrangement was a total of 15 patterns of one pattern, two patterns, four patterns, and eight patterns from the center. Thereafter, the power supply unit 6 was fixed to the heating resistor 5 with a conductive adhesive, whereby the heat equalizing plate 2 was manufactured.
[0052]
In addition, the support 7 prepares two multilayer structure portions 10 made of SUS304 having a thickness of 2.5 mm, and one of them is provided with a gas injection port 12, a thermocouple 13, a conduction terminal 11, and a guide member 25 in a predetermined manner. The supporting member 7 was formed at the same position and fixed to the side wall 9 also made of SUS304 by screwing. Further, of the two multilayer structure portions 10, the distance from the multilayer structure portion 10 closer to the heat equalizing plate 2 to the heat equalizing plate 2 was 8 mm, and the distance between the multilayer structure portions was 15 mm. After that, the heat equalizing plate 2 is placed on the support 7, and a bolt 16 is penetrated in the outer periphery thereof, and the heat insulating portion 17 is interposed so that the heat equalizing plate 2 does not directly contact the support 7. Wafer heating apparatus 1 was obtained by elastically fixing nut 20 by screwing elastic body 18 and washer 19 from body 7 side. The guide member 25 was adjusted so as to be the sample numbers 1 to 10 in Table 1. Here, the guide outer diameter and inner diameter described in Table 1 indicate a portion facing the heat equalizing plate 2, and the chamfer is a chamfer for this portion.
[0053]
For comparison, the samples described in Table 1 sample numbers 21 to 25 were prepared in the same manner. In addition, No. Reference numeral 26 denotes a conventional sample used as a comparative example.
[0054]
The evaluation was performed using a temperature measuring wafer in which a temperature measuring resistor was embedded in 29 places. First, a temperature measuring wafer was placed so as not to be directly above the through-hole 24, and the wafer heating device was adjusted so that the temperature variation of the whole was 0.3 ° C. or less. Next, the temperature measurement wafer was rotated to measure the temperature just above the through-hole 24, and the temperature difference from the surroundings was measured. A temperature difference of 0.4 ° C. or less was evaluated as “O”, and a temperature difference exceeding 0.5 ° C. was evaluated as “X”.
[0055]
Each result is as shown in Table 1.
[0056]
[Table 1]

[0057]
As can be seen from Table 1, no. Reference numeral 21 is not preferable because the inner diameter of the through hole 24 of the heat equalizing plate 2 is as small as 0.7 mm, and when the lift pin is moved up and down, the lift pin comes into contact with the through hole 24 to cause particulates, which is not preferable. No. 22 is not preferable because the guide member 25 is in contact with the heat equalizing plate 2 and the heat uniformity deteriorates. No. In the case of 23, since the diameter of the guide member 25 exceeds 10 mm and is larger than twice the inner diameter of the through hole 24, the heat capacity of the guide member affects the temperature distribution of the heat equalizing plate 2, and the heat uniformity is deteriorated, which is not preferable. Further, the diameter of the through hole 24 exceeds 10 mm. In Nos. 24 to 26, the temperature variation exceeded 0.5 ° C. This is because the unheated area is too large to be adjusted even if the W density of the heating resistor around the through hole 24 is increased.
[0058]
On the other hand, the diameter of the through hole 24 is 1 to 10 mm, and the guide member 25 of the lift pin 23 is installed at a distance from the heat equalizer 2, and the portion of the guide member 25 close to the heat equalizer plate 2 The temperature variation of Sample Nos. 1 to 10 in which the outer diameter was twice or less the diameter of the through-hole 24 was 0.4 ° C. or less, showing good results.
[0059]
Further, Sample No. 7 in which the surface of the guide member 25 facing the heat equalizing plate 2 was chamfered exhibited a better result with less temperature variation than Sample No. 6 having the same shape and no chamfer.
[0060]
Regarding the diameter of the through hole 24, the range of 1 to 10 mm showed good results at a temperature difference of 0.4 ° C. or less.
[0061]
With respect to the guide member 25, the one set apart from the heat equalizing plate 2 showed a good result at a temperature difference of 0.4 ° C. or less. This is because heat insulation in the air layer is achieved by separating, and unnecessary heat drawing from the heat equalizing plate 2 to the guide member 25 is suppressed.
[0062]
Similarly, it was found that when the guide member 25 was chamfered, unnecessary heat drawing was further suppressed. Conversely, when the guide member 25 was brought into contact with the heat equalizing plate 2, not only the temperature immediately above the through-hole 24 but also the ambient temperature was reduced due to unnecessary heat drawing, and the heat uniformity was greatly impaired.
[0063]
In addition, since the guide member was made of SUS, which is a Ni-based heat-resistant metal, even after the temperature was further raised to 250 ° C., no change or deterioration such as corrosion was observed, and a favorable state was maintained. It goes without saying that the same effect can be obtained with an oxidation-resistant metal such as Al or a metal member or a ceramic member subjected to an oxidation-resistant treatment such as Ni plating.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, one of the main surfaces of the heat equalizing plate made of ceramics is used as a mounting surface for a wafer, and the other main surface or inside has a heating resistor. A wafer heating device that has a power supply unit that is electrically connected to the other main surface, and transfers a wafer by moving a wafer lift pin up and down from a through hole provided in the heat equalizing plate. Is 1 to 10 mm, and the guide member of the wafer lift pin is set apart from the heat equalizing plate, and the outer diameter of the portion of the guide member close to the heat equalizing plate is twice or less the through hole diameter. In addition, a good wafer heating apparatus with less temperature variation even at the opening can be obtained.
[0065]
Further, by chamfering the surface of the guide member facing the heat equalizing plate, it is possible to obtain a wafer heating device having more excellent heat uniformity.
[0066]
In addition, the guide member is made of an oxidation-resistant metal such as an Ni-based alloy or Al, or a metal or a ceramic that has been subjected to an oxidation-resistant treatment such as plating, thereby generating a gas harmful to wafer processing during heating, A highly reliable wafer heating apparatus free from rust or the like that causes particles can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a wafer heating apparatus according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views showing the periphery of a guide member of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Wafer heating device
2: Heat equalizing plate
3: Mounting surface
4: Insulating layer
5: Heating resistor
6: Power supply unit
7: Support
8: Support pin
9: Side wall
10: Multilayer structure
11: conduction terminal
12: Gas injection port
13: Thermocouple
14: Opening
15: Connection member
16: bolt
17: Thermal insulation
18: Elastic body
19: Washer
20: Nut
21: Elastic body
23: Lift pin
24: Through hole
25 guide members
W: Semiconductor wafer

Claims

One main surface of the heat equalizing plate made of ceramics is used as a wafer mounting surface, and the other main surface or inside has a heating resistor, and a power supply unit electrically connected to the heating resistor is provided on the other side. In a wafer heating apparatus provided on the main surface and transferring wafers by moving a wafer lift pin up and down from a through hole provided in a heat equalizing plate, an inner diameter of the through hole is 1 to 10 mm, and the wafer lift pin is A guide member for guiding is installed apart from the heat equalizing plate, and the outer diameter of a portion of the guide member close to the heat equalizing plate is set to be twice or less the inner diameter of the through hole, and the guide member is A wafer heating device, wherein a surface facing a heat equalizing plate is chamfered .

2. The wafer heating apparatus according to claim 1, wherein the guide member is made of any one of an oxidation-resistant metal such as a Ni-based alloy and Al, a metal subjected to an oxidation-resistant treatment such as a plating treatment, or a ceramic. .