JP3563728B2

JP3563728B2 - Wafer heating device

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Publication number: JP3563728B2
Application number: JP2002123944A
Authority: JP
Inventors: 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2022-04-25
Also published as: JP2003318097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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ウェ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、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためにウェ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、まとめて複数のウェ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、ウェ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、半導体製造装置の製造工程における半導体ウェハ（以下ウェハと略す）への加工において、導体膜や絶縁膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等には、ウエハを加熱するためにウエハ支持部材が用いられている。
【０００５】
このようなウエハ支持部材として、例えば特開２００１−２０３１５６号公報や特開２００１−３１３２４９号公報には、図４に示すようなウエハ支持部材が提案されている。
【０００６】
このウエハ支持部材７１は、板状セラミック体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セラミック体７２を断熱樹脂リング７４を介してボルト８０で固定され、その上面をウエハＷを載せる載置面７３とするとともに、板状セラミック体７２の下面に、例えば同心円状の帯状抵抗発熱体７５を備えるようになっていた。
【０００７】
さらに、帯状抵抗発熱体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。
【０００８】
ところで、このようなウエハ支持部材７１において、ウエハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、ウエハの温度分布を均一にすることが重要である。その為、これまでウエハの温度分布を小さくするため、帯状抵抗発熱体７５の抵抗分布を調整したり、帯状抵抗発熱体７５の温度を分割制御することが行われており、また、熱引きを発生し易い構造の場合、その周囲の発熱量を増大させる等の提案がされていた。
【０００９】
しかし、いずれも非常に複雑な構造、制御が必要になるという課題があり、簡単な構造で温度分布を均一に加熱できるようなウエハ支持部材が求められていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年生産効率の向上の為、ウェ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、必ずしも大判ウェ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、多種多様のウェ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。
【００１１】
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、ウェハの温度の均一性は勿論のこと、ウェ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、ウェハ載置直後から概ね６０秒以内にウェハの温度が均一に安定することが望まれている。
【００１２】
しかしながら、特開２００１−２０３１５６号公報に紹介されている装置では、樹脂リング７４としてフッ素樹脂が用いられるが、固定ボルト８０による押圧により変形し易く板状セラミックス体７２が傾いたりして位置精度良く設置できないとの課題があった。また、特開２００１−３１３２４９号公報では前記樹脂リング７４に繊維を含有した樹脂が用いられているが、使用中に繊維が脱落しウェハＷを汚染する虞があった。また、何れも熱サイクルにより板状セラミックス体７２が傾いたり変位したりして位置精度を保持することが困難であり、長時間に渡りウェハＷを均一に加熱することが困難で、しかも樹脂リング７４の外周に固定ボルトを貫通する部分を有することからウェハ支持部材７１の外形が板状セラミック体７２より大きくなり、金属ケース７９のサイズも大きくなり熱容量も大きくなることから急冷や急速加熱が困難となり、樹脂リングの部材コストが高くなり実用的ではなかった。特に、板状セラミックス体７２の位置精度を高めるには、樹脂リング７４と板状セラミックス体７２の接触巾を１３ｍｍを超えて接触させる必要があり、それでもウェハＷを均一に加熱したり、ウェハＷを急速に昇温したり急速に降温させることが困難であった。
【００１３】
【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、板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハ加熱面を備えたウェハ支持部材と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を囲むように板状セラミックス体と接続した金属ケースと、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記金属ケースと接続する接触部材とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、上記接触部材が前記板状セラミックス体と接する巾を０．１〜１３ｍｍとし、さらに上記接触部材の熱伝導率を板状セラミックス体の熱伝導率より小さくし、接触部材のヤング率を１ＧＰａ以上とすることが好ましい。また、前記接触部材の断面を円形とし、さらにその直径を１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置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板状セラミックス体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を形成したものである。
【００１７】
抵抗発熱体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、抵抗発熱体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。
【００１８】
抵抗発熱体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に給電端子１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６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。
【００１９】
さらに、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９開口部の外周にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、有底の金属ケース１９側より弾性体１８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、板状セラミックス体２の温度が変動した場合に有底の金属ケース１９が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス体２の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状セラミックス体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。
【００２０】
なお、金属製の有底の金属ケース１９は側壁部２２と底面２１を有し、板状セラミックス体２はその有底の金属ケース１９の開口部を覆うように設置してある。また、有底の金属ケース１９には冷却ガスを排出するための孔２３が施されており、板状セラミックス体２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６に導通するための給電端子１１，板状セラミックス体２を冷却するためのガス噴射口２４、板状セラミックス体２の温度を測定するための熱電対２７を設置してある。
【００２１】
さらに、有底の金属ケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状セラミックス体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。更に好ましくは２０〜３０ｍｍである。これは、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９相互の輻射熱により載置面３の均熱化が容易となると同時に、外部との断熱効果があるので、載置面３の温度が一定で均熱となるまでの時間が短くなるためである。
【００２２】
また、板状セラミックス体２には少なくとも３箇所の貫通孔２６が設けられ、ウェハリフトピン２５を上下させることにより、板状セラミックス体２へウェハを迅速に載置離脱がおこなえる。また、ウェハリフトピン２５が板状セラミックス体２へ直接接触しないようにガイド部材１２が設置されている。
【００２３】
図２は、図１に示すウェハ支持部材１のリング状の接触部材１７付近を示す拡大断面図である。リング状の接触部材１７の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状セラミックス体２と接触部材１７が平面で接触する場合において、板状セラミックス体２と接触部材１７の接する接触部の巾は０．１ｍｍ〜１３ｍｍであれば、板状セラミックス体２の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れる量を小さくすることができる。そして、ウェハＷの面内の温度差が小さくウェハＷを均一に加熱することができる。
【００２４】
接触部材１７の接触部の巾が０．１ｍｍ以下では、板状セラミックス体２と接触固定した際に接触部が変形し、接触部材が破損する虞がある。また、接触部材１７の接触部の巾が１３ｍｍを越える場合には、板状セラミックス体２の熱が接触部材に流れ、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷを均一に加熱することが難しくなる。好ましくは接触部材１７と板状セラミックス体２の接触部の巾は０．１ｍｍ〜８ｍｍであり、更に好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【００２５】
また、接触部材１７の熱伝導率は板状セラミックス体２の熱伝導率より小さいことが好ましい。接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より小さければ板状セラミックス体２に載せたウェハＷ面内の温度分布を均一に加熱することができると共に、板状セラミックス体２の温度を上げたり下げたりする際に、接触部材１７との熱の伝達量が小さく有底の金属ケース１９との熱的干渉が少なく、迅速に温度を変更することが容易となる。
【００２６】
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率の１０％より小さいウェハ支持部材１では、接触部材を介して板状セラミックス体２の熱が有底の金属ケース１９に流れ難く、雰囲気ガス（ここでは空気）による伝熱や輻射伝熱により板状セラミックス体２から有底の金属ケース１９へ流れる熱が多くなり、逆に効果が小さい。
【００２７】
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より大きい場合には、板状セラミックス体２の周辺部の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れ、有底の金属ケース１９を加熱すると共に、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷ面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、有底の金属ケース１９が加熱されることからガス噴射口２４からエアを噴射し板状セラミックス体２を冷却しようとしても有底の金属ケース１９の温度が高いことから冷却する時間が大きくなったり、一定温度に加熱する際に一定温度になるまでの時間が大きくなる虞があった。
【００２８】
一方、前記接触部材１７を構成する材料としては、小さな接触部を保持するために、接触部材のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましく、更に好ましくは１０ＧＰａ以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の巾が０．１ｍｍ〜８ｍｍと小さく、板状セラミックス体２を有底の金属ケース１９に接触部材１７を介してボルト１６で固定しても、接触部材１７が変形すること無く、板状セラミックス体２が位置ズレしたり平行度が変化したりすることなく、精度良く保持することができる。
【００２９】
尚、接触部材をフッ素系に樹脂やガラス繊維を添加した樹脂からなる接触部材では得られない精度を達成することができる。
【００３０】
前記接触部材１７の材質としては鉄とカーボンからなる炭素鋼やニッケル、マンガン、クロムを加えた特殊鋼等の金属がヤング率が大きく好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、ステンレス鋼やＦｅ―Ｎｉ−Ｃｏ系合金の所謂コバールが好ましく、板状セラミックス体２の熱伝導率より小さくなるように接触部材１７の材料を選択することが好ましい。
【００３１】
更に、接触部材１７と板状セラミックス体２との接触部を小さく、且つ接触部が小さくても接触部が欠損しパーティクルを発生する虞が小さく安定な接触部を保持できるために、板状セラミックス体２に垂直な面で切断した接触部材１７の断面は多角形より円形が好ましく、断面の直径１ｍｍ以下の円形のワイヤを接触部材１７として使用すると板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９の位置が変化することなくウェハＷの表面温度を均一にしかも迅速に昇降温することが可能である。
【００３２】
そして、有底の金属ケース１９内に昇降自在に設置されたリフトピン２５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。
【００３３】
また、このウェハ加熱装置１によりウェハ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ェハＷをリフトピン２５にて支持したあと、リフトピン２５を降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
【００３４】
次に、給電部６に通電して抵抗発熱体５を発熱させ、板状セラミックス体２を介して載置面３上のウェハＷを加熱するのであるが、本発明によれば、ウェハ支持部材１に板状セラミックス体２を支持する接触部材１７を介して有底の金属ケース１９と接続していることから、板状セラミックス体２に接続した接触部材１７により板状セラミックス体２の熱が必要以上に逃げることなく運転できるので、板状セラミックス体２を有効に短時間で均熱化しウェハＷの温度を均一に加熱することができる。
【００３５】
さらに、板状セラミックス体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、ヤング率が２００ＧＰａ以上と大きく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、板状セラミックス体２は６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体５のジュール熱を素早く伝達し、載置面３の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。
【００３６】
板状セラミックス体２の厚みは、２〜５ｍｍとすることが好ましい。板状セラミックス体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状セラミックス体２の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ガス噴射口２４らの冷却エアーを吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、板状セラミックス体２にクラックが発生する。また、板状セラミックス体２の厚みが５ｍｍを越えると、板状セラミックス体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。
【００３７】
このように、板状セラミックス体２の熱容量を小さくすると、有底の金属ケース１９からの熱引きにより板状セラミックス体２の温度分布が悪くなる。そこで、有底の金属ケース１９が板状セラミックス体２をその外周部で保持する構造としている。
【００３８】
また、抵抗発熱体５への給電方法については、有底の金属ケース１９に設置した給電端子１１を板状セラミックス体２の表面に形成した給電部６にバネ（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、２〜５ｍｍの厚みの板状セラミックス体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、給電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、板状セラミックス体２とその有底の金属ケース１９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、給電端子１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００３９】
また、板状セラミックス体２の温度は、板状セラミックス体２にその先端が埋め込まれた熱電対２７により測定する。熱電対２７としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対２７を使用することが好ましい。この熱電対２７の先端部は、板状セラミックス体２に孔が形成され、この中に設置された固定部材により孔の内壁面に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。
【００４０】
さらに、レジスト膜形成用のウェハ支持部材１として使用する場合は、板状セラミックス体２の主成分を炭化珪素にすると、大気中の水分等と反応してガスを発生させることもないため、ウェハ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。
【００４１】
なお、板状セラミックス体２を形成する炭化珪素質焼結体は、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を添加したり、もしくはアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のような金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工したのち、１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。炭化珪素はα型を主体とするものあるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
【００４２】
また、板状セラミックス体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。
【００４３】
さらに、板状セラミックス体２の載置面３と反対側の主面は、ガラスや樹脂からなる絶縁層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。
【００４４】
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス体２として使用する場合、半導電性を有する板状セラミックス体２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが４００μｍを越えると、板状セラミックス体２を形成する炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるために、クラックが発生して絶縁層として機能しなくなる。その為、絶縁層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。
【００４５】
また、板状セラミックス体２を、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体で形成する場合は、板状セラミックス体２に対する抵抗発熱体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層を形成する。ただし、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、省略することが可能である。
【００４６】
この絶縁層を形成するガラスの特性としては、結晶質又は非晶質のいずれでも良く、耐熱温度が２００℃以上でかつ０℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数が板状セラミックス体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、板状セラミックス体２を形成するセラミックスとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼付け後の冷却時においてクラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００４７】
なお、ガラスからなる絶縁層を板状セラミックス体２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを板状セラミックス体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、絶縁層としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層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との密着性を高めることができる。
【００４８】
さらに、絶縁層上に被着する抵抗発熱体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。
【００４９】
ただし、抵抗発熱体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、抵抗発熱体５を覆うように絶縁層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。
【００５０】
図１では、抵抗発熱体５に対し、給電部６において給電端子１１をロウ付けや導電性接着剤で固定して導通を確保するようにしている。給電端子１１は、抵抗発熱体５の端子部に弾性体で押圧し導通を確保しても構わない。
【００５１】
また、これまで、抵抗発熱体５を板状セラミックス体２の表面に形成するタイプのウェハ加熱装置１について説明してきたが、抵抗発熱体５は、板状セラミックス体２に内蔵されていても構わない。
【００５２】
例えば主成分が窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体２を用いる場合、まず、抵抗発熱体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。板状セラミックス体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抵抗発熱体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。
【００５３】
また、抵抗発熱体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、ウェハ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、内部の抵抗発熱体５の酸化を防止することができる。
【００５４】
【実施例】
（実施例１）
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．０質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
【００５５】
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
【００５６】
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
【００５７】
そして、得られた窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
【００５８】
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間の焼成を行い各種の熱伝導率を有する板状セラミックス体を製作した。
【００５９】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体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、４ｍｍとした。
【００６０】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体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の抵抗発熱体５を形成した。抵抗発熱体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。しかるのち抵抗発熱体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、板状セラミックス体２を製作した。
【００６１】
また、有底の金属ケース１９は、直径３３０ｍｍで底面２１を構成する厚み２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部２２を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面２１に、ガス噴射口１２、熱電対１３、導通端子１１を所定の位置に取り付けた。また、底面２１から板状セラミックス体２までの距離は２０ｍｍとした。その後、前記有底の金属ケース１９の開口部に、板状セラミックス体２を重ね、その外周部にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、接触部材１７側より弾性体１８を介在させてナット２０を螺着し弾性的に固定することによりウェハ支持部材１とした。接触部材１７の断面は台形状で、板状セラミックス体の周辺部を支持するリング状とした。台形状の断面の大きさは、下辺が４ｍｍで高さ２ｍｍとし上辺は０．０５〜４ｍｍと、下辺が１５ｍｍで高さ２ｍｍで上辺を５〜１５ｍｍとした接触部材をそれぞれのウェハ支持部材に取り付けた。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．１〜９とした。
【００６２】
評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。また、３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間冷却する温度サイクルを１０００サイクル繰り返した後、室温から２００℃に設定し１０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの温度差として測定した。
【００６３】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００６４】
【表１】

【００６５】
表１から判るように、試料Ｎｏ．１は、接触部材と板状セラミックス体との接触部の巾が０．０５ｍｍと小さく応答時間やウェハの温度差は小さかったが、使用中に接触部材のエッジからと思われるパーティクルが発生し使用できなかった。また、試料Ｎｏ．９は接触部材の接触部の巾が１５ｍｍと大きくウェハの温度差が１．１℃と大きく、ウェハを均一に加熱するウェハ支持部材の基本的な機能を有していなかった。
【００６６】
これらに対し、試料Ｎｏ．２〜８は接触部材と板状セラミックス体との接触部の巾が０．１〜１３ｍｍの範囲にあり、ウェハの温度差は１℃以下であり、応答時間も６０秒以下と小さく好ましい特性を示した。
【００６７】
従って、接触部材を板状セラミックス体に垂直な面で切断した断面において、板状セラミックス体と接触する接触部の巾は０．１〜１３ｍｍであることが好ましいことが判明した。
【００６８】
（実施例２）
実施例１と同様の工程で酸化イットリウムの添加量を０．１〜５質量％の範囲で変化させて板状セラミックス体を作製した。また、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）、炭素鋼、アルミニウムを用いて板状セラミックス体と接触する接触部の巾が２ｍｍの接触部材を作製した。そして、板状セラミックス体２の熱伝導率と接触部材の熱伝導率の比が１〜１２８％となるように板状セラミックス体と接触部材を組み合わせ板状セラミックス体に上記接触部材を介してアルミニウム製の有底の金属ケースを取り付けウェハ支持部材を作製した。
【００６９】
尚、試料Ｎｏ．２１〜２８は金属製の接触部材を用い、有底の金属ケースは直径３３０ｍｍで側壁部の板厚が１．０ｍｍ、底面の板厚が２．０ｍｍとし、深さは３０ｍｍとした。また、試料Ｎｏ．２９、３０は樹脂製の接触部材でヤング率が１ＧＰａを下回ることから台形状の接触部材の変形が大きくウェハ支持部材として使用困難であったことから、図４に示すように板状セラミックス体の外周部を覆う構造とし、有底の金属ケースは直径３４０ｍｍで側壁部の厚み１．０ｍｍ、底面の厚み２．０ｍｍとし、深さは３０ｍｍとした。
【００７０】
そして、実施例１と同様に評価した。
【００７１】
その結果を表２に示す。
【００７２】
【表２】

【００７３】
接触部材としてＳＵＳ３０４、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、ＳＵＳ４０３、炭素鋼を用い、熱伝導率の異なる窒化アルミニウムと組み合わせ、接触部材の熱伝導率が板状セラミックス体の熱伝導率より小さい試料Ｎｏ．２１〜２７のウェハ接触部材は応答時間が６０秒以内でしかもウェハの温度差も１℃以下と優れていることが分った。
【００７４】
しかし、試料Ｎｏ．２８は接触部材の熱伝導率が板状セラミックス体より大きく、応答時間が７４秒と大きく、しかもウェハの温度差が１．２℃と大きかった。
【００７５】
また、試料Ｎｏ．２９や３０のように接触部材を樹脂で作製したウェハ支持部材は応答時間はそれぞれ４７秒、４８秒と小さいが、ウェハの温度差が１．１℃、１．２℃と大きく、ウェハ支持部材として使用することは出来なかった。樹脂製の接触部材は温度の繰り返しサイクルで変形するためウェハの温度差が大きくなると考えられる。
【００７６】
従って、接触部材の熱伝導率は板状セラミックス体の熱伝導率より小さいウェハ支持部材は応答特性やウェハの温度差が小さく優れた特性を示すことが分った。
【００７７】
（実施例３）
実施例１と同様の方法でヤング率３００ＧＰａの窒化アルミニウム製の板状セラミックス体を作製した。また、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４０３、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（コバール）、炭素鋼、アルミニウム、錫、錫鉛合金を用いて板状セラミックス体と接触する接触部材の接触部の巾が０．１ｍｍでヤング率の異なる接触部材を作製した。そして、板状セラミックス体に上記接触部材を介して実施例２と同様にアルミニウム製の有底の金属ケースを取り付けウェハ支持部材を作製した。
【００７８】
そして、実施例１と同様に評価した。
【００７９】
その結果を表３に示す。
【００８０】
【表３】

【００８１】
ヤング率が１ＧＰａ以上の接触部材からなる試料Ｎｏ．３１〜３７のウェハ支持部材は、応答時間が５０秒以下と小さく、しかもウェハの温度差も０．８℃以下小さく好ましい特性を示すことが分った。
【００８２】
しかし、試料Ｎｏ．３８のフッ素樹脂や繊維入り樹脂からなるウェハ支持部材は応答時間がそれぞれ５８秒、６１秒と大きく、しかもウェハの温度差が１．２℃、１．３℃と大きくウェハ支持部材として使用することは出来なかった。
【００８３】
従って、接触部材のヤング率は１ＧＰａ以上で板状セラミックス体より小さいウェハ支持部材が好ましいことが判明した。
【００８４】
（実施例４）
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製した。また、接触部材として炭素鋼で断面が台形のウェハ支持部材と、炭素鋼製の接触部材で断面が円形の接触部材を作製し、板状セラミックス体に上記接触部材を介してアルミニウム製の有底の金属ケースを取り付けウェハ支持部材を作製した。
【００８５】
そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表４に示す。
【００８６】
【表４】

【００８７】
試料Ｎｏ．４１、４２の接触部材が台形のウェハ支持部材は応答時間が３３秒で、ウェハの温度差が０．４℃であったが、図３に示す構造の試料Ｎｏ．４３，４４のように接触部材の断面が円形であるものは応答時間が２４秒、１９秒と小さく、ウェハの温度差も０．３℃、０．２℃と小さく好ましいことが分った。
【００８８】
特に、試料Ｎｏ．４４のように接触部材の断面が円形で断面の直径が１ｍｍ以下のウェハ支持部材は応答時間が１９秒で且つウェハの温度差が０．２℃と極めて優れた特性を示すことが分った。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハ加熱面を備えたウェハ支持部材と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子を備え、前記給電端子を囲むように板状セラミックス体と接続した金属ケースとからなり、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持する接触部材を介して金属ケースと接続することによって、ウェハの温度差の小さなしかも応答時間が小さく良好なウェハ支持部材が得られる。
【００９０】
また、上記接触部材の接触巾を０．１〜１３ｍｍとし、さらに上記接触部材の熱伝導率を板状セラミックス体の熱伝導率より小さくしたり接触部材のヤング率を１ＧＰａ以下とすると、更に均熱性に優れたウェハ支持部材を得られる。
【００９１】
また、前記接触部材の断面が円形であると優れた特性を示す信頼性の高いウェハ支持部材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置の接触部材周辺を示す断面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の接触部材周辺を示す断面図である。
【図４】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１、７１：ウェハ支持部材
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１１、７７：給電端子
１２：ガイド部材
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
２０：ナット
２１：底面
２３：孔
２４：ガス噴射口
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
２９、７９：金属ケース
Ｗ：半導体ウェハ[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, in processing a semiconductor wafer (hereinafter abbreviated as a wafer) in a manufacturing process of a semiconductor manufacturing apparatus, a wafer is heated for forming a conductive film or an insulating film, etching, and baking a resist film. A wafer support member is used.
[0005]
As such a wafer support member, for example, JP-A-2001-203156 and JP-A-2001-313249 propose a wafer support member as shown in FIG.
[0006]
The wafer support member 71 includes a plate-shaped ceramic body 72 and a metal case 79 as main components. The opening of the bottomed metal case 79 made of a metal such as aluminum is provided with a nitride ceramic or carbide. A plate-shaped ceramic body 72 made of ceramics is fixed by bolts 80 via a heat-insulating resin ring 74, and its upper surface is used as a mounting surface 73 on which the wafer W is placed, and a concentric circle, for example, is formed on the lower surface of the plate-shaped ceramic body 72. A belt-shaped resistance heating element 75 was provided.
[0007]
Further, a power supply terminal 77 is brazed to the terminal portion of the belt-shaped resistance heating element 75, and the power supply terminal 77 is inserted into a lead wire drawing hole 76 formed in a bottom portion 79 a of the metal case 79. It was electrically connected to the line 78.
[0008]
Incidentally, in order to form a uniform film on the entire surface of the wafer W and to make the heating reaction state of the resist film uniform in the wafer supporting member 71, it is important to make the temperature distribution of the wafer uniform. It is. Therefore, in order to reduce the temperature distribution of the wafer, the resistance distribution of the strip-shaped resistance heating element 75 has been adjusted or the temperature of the strip-shaped resistance heating element 75 has been divided and controlled. In the case of a structure that is likely to occur, proposals have been made to increase the amount of heat generated around the structure.
[0009]
However, there is a problem that all of them require a very complicated structure and control, and a wafer supporting member capable of uniformly heating the temperature distribution with a simple structure has been demanded.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the size of wafers has been increasing in order to improve production efficiency, but the semiconductor elements themselves have also diversified, and manufacturing on large-format 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.
[0011]
Furthermore, in the chemically amplified resist which has begun to be used in accordance with the miniaturization of the wiring of semiconductor elements, not only the uniformity of the temperature of the wafer but also the time 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. Transient temperature history is also extremely important, and it is desired that the temperature of the wafer be stabilized uniformly within about 60 seconds immediately after the wafer is placed.
[0012]
However, in the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-203156, a fluororesin is used as the resin ring 74, but the plate-like ceramic body 72 is easily deformed by being pressed by the fixing bolt 80, and the plate-shaped ceramic body 72 is tilted, so that the positional accuracy is improved. There was a problem that it could not be installed. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-313249, a resin containing fibers is used for the resin ring 74, but there is a risk that the fibers may fall off during use and contaminate the wafer W. Further, in any case, it is difficult to maintain the positional accuracy by tilting or displacing the plate-shaped ceramic body 72 due to a heat cycle, and it is difficult to uniformly heat the wafer W for a long time. Since the outer periphery of 74 has a portion through which the fixing bolt penetrates, the outer shape of the wafer support member 71 becomes larger than the plate-shaped ceramic body 72, and the size of the metal case 79 and the heat capacity become large, so that rapid cooling and rapid heating are difficult. Thus, the material cost of the resin ring was increased and was not practical. In particular, in order to improve the positional accuracy of the plate-shaped ceramic body 72, it is necessary to make the contact width of the resin ring 74 and the plate-shaped ceramic body 72 more than 13 mm. It was difficult to raise or lower the temperature rapidly.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on the above-described problems, and as a result, have found that a wafer support member having a resistance heating element on one main surface of a plate-shaped ceramic body and a wafer heating surface on the other main surface, A power supply terminal for supplying power to the body, a metal case connected to the plate-shaped ceramic body so as to surround the power supply terminal, and a contact for supporting the peripheral portion of the plate-shaped ceramic body in a ring shape and connecting to the metal case. And a member.
[0014]
The width of the contact member in contact with the plate-shaped ceramic body is 0.1 to 13 mm, the thermal conductivity of the contact member is smaller than the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body, and the Young's modulus of the contact member is 1 GPa. It is preferable to make the above. Preferably, the contact member has a circular cross section and a diameter of 1 mm or less.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0016]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer heating apparatus 1 according to the present invention, in which one main surface of a plate-shaped ceramic body 2 made of ceramics containing silicon carbide or aluminum nitride as a main component is placed on a wafer W. In addition to the surface 3, a resistance heating element 5 is formed on the other main surface.
[0017]
The pattern shape of the resistance heating element 5 may be a pattern shape that can uniformly heat the mounting surface 3, such as a substantially concentric shape or a spiral shape. In order to improve the heat uniformity, the resistance heating element 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.
[0018]
A power supply unit 6 made of a material such as gold, silver, palladium, or platinum is formed on the resistance heating element 5, and conduction is ensured by bringing the power supply terminal 11 into contact with the power supply unit 6. The power supply terminal 11 and the power supply section 6 may employ a method such as soldering or brazing as long as the method can ensure conduction.
[0019]
Further, a bolt 16 is made to penetrate the plate-shaped ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 at the outer periphery of the opening, so that the plate-shaped ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 do not directly come into contact with each other, so that a ring-shaped contact member 17 is provided. , And the nut 20 is screwed through the elastic body 18 from the bottomed metal case 19 side to be elastically fixed. Thereby, even if the bottomed metal case 19 is deformed when the temperature of the plate-shaped ceramic body 2 fluctuates, the metal case 19 is absorbed by the elastic body 18, thereby suppressing the warpage of the plate-shaped ceramic body 2. It is possible to prevent the temperature variation due to the warpage of the plate-shaped ceramic body 2 from occurring on the wafer surface.
[0020]
The bottomed metal case 19 made of metal has a side wall 22 and a bottom surface 21, and the plate-shaped ceramic body 2 is installed so as to cover the opening of the bottomed metal case 19. A hole 23 for discharging the cooling gas is provided in the bottomed metal case 19, and a power supply terminal for conducting to the power supply section 6 for supplying power to the resistance heating element 5 of the plate-shaped ceramic body 2. A gas injection port 24 for cooling the plate-shaped ceramic body 2 and a thermocouple 27 for measuring the temperature of the plate-shaped ceramic body 2 are provided.
[0021]
Further, the depth of the bottomed metal case 19 is preferably 10 to 50 mm, and the bottom surface 21 is desirably installed at a distance of 10 to 50 mm from the plate-shaped ceramic body 2. More preferably, it is 20 to 30 mm. This is because the radiant heat between the plate-shaped ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 facilitates the soaking of the mounting surface 3 and, at the same time, has an insulating effect on the outside, so that the temperature of the mounting surface 3 is constant. This is because the time until the temperature becomes uniform becomes short.
[0022]
Further, at least three through-holes 26 are provided in the plate-shaped ceramic body 2, and the wafer can be quickly placed on and removed from the plate-shaped ceramic body 2 by moving the wafer lift pins 25 up and down. The guide member 12 is provided so that the wafer lift pins 25 do not directly contact the plate-shaped ceramic body 2.
[0023]
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the ring-shaped contact member 17 of the wafer support member 1 shown in FIG. The cross section of the ring-shaped contact member 17 may be polygonal or circular. However, when the plate-shaped ceramic body 2 and the contact member 17 are in contact with each other in a plane, the contact portion of the plate-shaped ceramic body 2 and the contact member 17 is in contact with each other. When the width is 0.1 mm to 13 mm, the amount of heat of the plate-shaped ceramic body 2 flowing to the bottomed metal case 19 via the contact member 17 can be reduced. Then, the temperature difference in the plane of the wafer W is small and the wafer W can be uniformly heated.
[0024]
If the width of the contact portion of the contact member 17 is 0.1 mm or less, the contact portion may be deformed when the contact member 17 is fixed in contact with the plate-shaped ceramic body 2, and the contact member may be damaged. If the width of the contact portion of the contact member 17 exceeds 13 mm, the heat of the plate-shaped ceramic body 2 flows to the contact member, the temperature of the peripheral portion of the plate-shaped ceramic body 2 decreases, and the wafer W is uniformly heated. It becomes difficult to do. Preferably, the width of the contact portion between the contact member 17 and the plate-shaped ceramic body 2 is 0.1 mm to 8 mm, more preferably 0.1 to 2 mm.
[0025]
Further, the thermal conductivity of the contact member 17 is preferably smaller than the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body 2. If the thermal conductivity of the contact member 17 is smaller than the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body 2, the temperature distribution in the plane of the wafer W placed on the plate-shaped ceramic body 2 can be uniformly heated, and the plate-shaped ceramic body 2 can be heated. When raising or lowering the temperature, the amount of heat transfer with the contact member 17 is small, the thermal interference with the bottomed metal case 19 is small, and the temperature can be easily changed quickly.
[0026]
In the wafer support member 1 in which the thermal conductivity of the contact member 17 is smaller than 10% of the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body 2, the heat of the plate-shaped ceramic body 2 hardly flows to the bottomed metal case 19 via the contact member. In addition, heat flowing from the plate-shaped ceramic body 2 to the metal case 19 with the bottom increases due to heat transfer and radiant heat transfer by the atmospheric gas (here, air), and conversely, the effect is small.
[0027]
When the thermal conductivity of the contact member 17 is larger than the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body 2, heat at the periphery of the plate-shaped ceramic body 2 flows to the bottomed metal case 19 via the contact member 17, In addition to heating the metal case 19 at the bottom, the temperature around the plate-like ceramic body 2 decreases, and the temperature difference in the plane of the wafer W increases, which is not preferable. Also, since the bottomed metal case 19 is heated, even if it is attempted to cool the plate-shaped ceramic body 2 by injecting air from the gas injection ports 24, the cooling time is long because the temperature of the bottomed metal case 19 is high. When heating to a certain temperature, the time until the temperature reaches a certain temperature may become longer.
[0028]
On the other hand, as a material constituting the contact member 17, the Young's modulus of the contact member is preferably 1 GPa or more, more preferably 10 GPa or more, in order to maintain a small contact portion. With such a Young's modulus, the width of the contact portion is as small as 0.1 mm to 8 mm, and even if the plate-shaped ceramic body 2 is fixed to the bottomed metal case 19 with the bolt 16 via the contact member 17, The contact member 17 can be accurately held without being deformed, and without displacing the plate-shaped ceramic body 2 or changing the parallelism.
[0029]
It should be noted that an accuracy that cannot be obtained with a contact member made of a resin obtained by adding a resin or glass fiber to a fluorine-based material can be achieved.
[0030]
As the material of the contact member 17, a metal such as carbon steel made of iron and carbon or special steel added with nickel, manganese, and chromium is preferable because of its large Young's modulus. As a material having a small thermal conductivity, so-called Kovar of stainless steel or an Fe—Ni—Co alloy is preferable, and a material of the contact member 17 is selected so as to be smaller than a thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body 2. Is preferred.
[0031]
Further, since the contact portion between the contact member 17 and the plate-shaped ceramic body 2 is small, and even if the contact portion is small, the contact portion is less likely to be broken and particles are generated, and a stable contact portion can be maintained. The cross section of the contact member 17 cut along a plane perpendicular to the body 2 is preferably circular rather than polygonal. When a circular wire having a cross section of 1 mm or less is used as the contact member 17, the plate-shaped ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 are used. It is possible to raise and lower the surface temperature of the wafer W uniformly and quickly without changing the position.
[0032]
Then, 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 25 installed in the bottomed metal case 19 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 one-side contact or the like.
[0033]
Further, 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 25, and then the lift pins 25 are lowered. Then, the wafer W is placed on the placing surface 3.
[0034]
Next, the power supply unit 6 is energized to cause the resistance heating element 5 to generate heat, thereby heating the wafer W on the mounting surface 3 via the plate-shaped ceramic body 2. According to the present invention, the wafer support member 1 is connected to the bottomed metal case 19 via the contact member 17 supporting the plate-shaped ceramic body 2, the heat of the plate-shaped ceramic body 2 is reduced by the contact member 17 connected to the plate-shaped ceramic body 2. Since the operation can be performed without escaping more than necessary, the plate-shaped ceramic body 2 can be effectively soaked in a short time and the temperature of the wafer W can be uniformly heated.
[0035]
Further, since the plate-shaped ceramic body 2 is formed of a silicon carbide-based sintered body or an aluminum nitride-based sintered body, the Young's modulus is as large as 200 GPa or more, the deformation is small even when heat is applied, and the plate thickness can be reduced. Therefore, it is possible to shorten a heating time until heating to a predetermined processing temperature and a cooling time until cooling from a predetermined processing temperature to around room temperature, thereby improving productivity and improving the plate-shaped ceramic body 2. Since has a thermal conductivity of 60 W / (m · K) or more, the Joule heat of the resistance heating element 5 can be quickly transmitted even with a small thickness, and the temperature variation of the mounting surface 3 can be extremely reduced.
[0036]
The thickness of the plate-shaped ceramic body 2 is preferably 2 to 5 mm. When the thickness of the plate-shaped ceramic body 2 is smaller than 2 mm, the strength of the plate-shaped ceramic body 2 is lost, and when the heating by the heat of the resistance heating element 5 is performed, and when the cooling air from the gas injection port 24 is blown, the heat during cooling is reduced. It cannot withstand the stress, and cracks occur in the plate-shaped ceramic body 2. On the other hand, if the thickness of the plate-shaped ceramic body 2 exceeds 5 mm, the heat capacity of the plate-shaped ceramic body 2 increases, so that the time until the temperature during heating and cooling stabilizes is undesirably long.
[0037]
As described above, when the heat capacity of the plate-shaped ceramic body 2 is reduced, the temperature distribution of the plate-shaped ceramic body 2 is deteriorated due to the heat drawn from the bottomed metal case 19. Therefore, the bottomed metal case 19 is configured to hold the plate-shaped ceramic body 2 at its outer peripheral portion.
[0038]
In addition, a method of supplying power to the resistance heating element 5 is such that the power supply terminal 11 installed on the bottomed metal case 19 is pressed against the power supply section 6 formed on the surface of the plate-shaped ceramic body 2 by a spring (not shown). Secure connection and supply power. This is because if a metal terminal is buried and formed in the plate-like ceramic body 2 having a thickness of 2 to 5 mm, the heat capacity of the terminal deteriorates the uniformity of heat. Therefore, as in the present invention, the power supply terminal 11 is pressed by a spring to secure electrical connection, thereby reducing thermal stress due to a temperature difference between the plate-shaped ceramic body 2 and the metal case 19 having the bottom. Electrical continuity can be maintained with high reliability. 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. The diameter of the power supply terminal 11 on the power supply section 6 side is preferably 1.5 to 5 mm.
[0039]
The temperature of the plate-shaped ceramic body 2 is measured by a thermocouple 27 whose tip is embedded in the plate-shaped ceramic body 2. As the thermocouple 27, it is preferable to use a sheath-type thermocouple 27 having an outer diameter of 0.8 mm or less from the viewpoint of its responsiveness and workability of holding. At the tip of the thermocouple 27, a hole is formed in the plate-shaped ceramic body 2, and it is preferable to press and fix the thermocouple 27 to the inner wall surface of the hole with a fixing member installed therein in order to improve the reliability of temperature measurement. . Similarly, it is also possible to perform temperature measurement by burying a wire thermocouple or a resistance temperature detector such as Pt.
[0040]
Further, when used as the wafer support member 1 for forming a resist film, if the main component of the plate-shaped ceramic body 2 is silicon carbide, it does not react with moisture or the like in the atmosphere to generate a gas. Even if it is used for sticking a resist film on W, fine wiring can be formed at 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.
[0041]
The silicon carbide sintered body forming the plate-shaped ceramic body 2 is obtained 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.
[0042]
Further, the aluminum nitride sintered body forming the plate-shaped ceramic body 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.
[0043]
Further, the main surface of the plate-shaped ceramic body 2 opposite to the mounting surface 3 has a flatness of 20 μm or less and a surface roughness of a center line average roughness from the viewpoint of enhancing the adhesion to the insulating layer 4 made of glass or resin. It is preferable that the surface is polished to a thickness (Ra) of 0.1 μm to 0.5 μm.
[0044]
On the other hand, when a silicon carbide sintered body is used as the plate-shaped ceramic body 2, glass or resin is used as an insulating layer for maintaining insulation between the plate-shaped ceramic body 2 having semiconductivity and the resistance heating element 5. When glass is used, 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 plate-shaped ceramic body 2 is formed. Since the difference in thermal expansion between the silicon carbide-based sintered body and the aluminum nitride-based sintered body becomes too large, cracks are generated and the insulating layer does not function. Therefore, when glass is used as the insulating layer, 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.
[0045]
When the plate-shaped ceramic body 2 is formed of a sintered body containing aluminum nitride as a main component, an insulating layer made of glass is formed to improve the adhesion of the resistance heating element 5 to the plate-shaped ceramic body 2. Form. However, when sufficient glass is added to the resistance heating element 5 and a sufficient adhesion strength can be obtained by this, it is possible to omit it.
[0046]
The characteristics of the glass forming the insulating layer may be either crystalline or amorphous, and the heat-resistant temperature of the plate-shaped ceramic body 2 is 200 ° C. or higher and the coefficient of thermal expansion in a 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 thermal expansion coefficient outside the above-mentioned range is used, the difference in thermal expansion from the ceramics forming the plate-shaped ceramic body 2 becomes too large, so that defects such as cracks and peeling during cooling after baking of the glass. Is likely to occur.
[0047]
As a means for applying an insulating layer made of glass on the plate-shaped ceramic body 2, an appropriate amount of the glass paste is dropped on the center of the plate-shaped ceramic body 2, and the glass paste is spread by a spin coating method and uniformly applied. Alternatively, after uniformly applying by a screen printing method, a dipping method, a spray coating method, or the like, the glass paste may be baked at a temperature of 600 ° C. or more. When glass is used as the insulating layer, the surface of the plate-shaped ceramic body 2 made of a silicon carbide-based sintered body or an aluminum nitride-based sintered body is heated to about 850 to 1300 ° C. in advance to cover the insulating layer. By performing the oxidation treatment, the adhesion to the insulating layer made of glass can be improved.
[0048]
Further, as a material of the resistance heating element 5 to be deposited on the insulating layer, a simple metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd) is directly applied by a vapor deposition method or a plating method. It is deposited, or the metal simple substance 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.
[0049]
However, when silver (Ag) or copper (Cu) is used as the material of the resistance heating element 5, migration may occur. In such a case, the same material as the insulating layer is used to cover the resistance heating element 5. A coat layer made of a material may be coated with a thickness of about 40 to 400 μm.
[0050]
In FIG. 1, a power supply terminal 11 is fixed to the resistance heating element 5 at a power supply section 6 by brazing or a conductive adhesive to secure conduction. The power supply terminal 11 may press the terminal portion of the resistance heating element 5 with an elastic body to secure conduction.
[0051]
Although the wafer heating apparatus 1 of the type in which the resistance heating element 5 is formed on the surface of the plate-shaped ceramic body 2 has been described above, the resistance heating element 5 may be built in the plate-shaped ceramic body 2. Absent.
[0052]
For example, when the plate-shaped ceramic body 2 whose main component is aluminum nitride is used, first, W or WC is used as the material of the resistance heating element 5 from the viewpoint of a material that can be co-fired with aluminum nitride. The plate-like ceramic body 2 is formed into a disc shape after sufficiently mixing raw materials containing aluminum nitride as a main component and a sintering aid as appropriate, and a paste made of W or WC is formed on the surface thereof in a pattern shape of the resistance heating element 5. After another aluminum nitride molded body is superimposed and adhered thereon, it is fired at 1900 to 2100 ° C. in nitrogen gas.
[0053]
In addition, conduction from the resistance heating element 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., thereby generating internal resistance heat. Oxidation of the body 5 can be prevented.
[0054]
【Example】
(Example 1)
First, 1.0 mass% of yttrium oxide in terms of weight was added to aluminum nitride powder, and the mixture was further kneaded with a ball mill using isopropyl alcohol and urethane balls for 48 hours to produce an aluminum nitride slurry.
[0055]
Next, the aluminum nitride slurry was passed through a 200 mesh to remove urethane balls and debris from the ball mill wall, and then dried at 120 ° C. for 24 hours using an explosion-proof dryer.
[0056]
Then, an acrylic binder and a solvent were mixed with the obtained aluminum nitride powder to prepare aluminum nitride slips, and a plurality of aluminum nitride green sheets were manufactured by a doctor blade method.
[0057]
Then, a laminate was formed by thermocompression bonding of a plurality of the obtained aluminum nitride green sheets.
[0058]
Thereafter, the laminate was degreased in a non-oxidizing gas stream at a temperature of 500 ° C. for 5 hours, and then baked in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1900 ° C. for 5 hours to obtain various thermal conductivities. A plate-shaped ceramic body having the same was manufactured.
[0059]
Then, the aluminum nitride sintered body is subjected to a grinding process to produce a plurality of disc-shaped plate-shaped ceramic bodies 2 having a plate thickness of 3 mm and an outer diameter of 330 mm. Formed. The through hole diameter was 4 mm.
[0060]
Next, in order to apply the resistance heating element 5 on the plate-shaped ceramic body 2, a conductive paste prepared by kneading Au powder and Pd powder as conductive materials and a glass paste to which a binder having the same composition as described above is added. Is printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method, heated to 150 ° C. to dry the organic solvent, further subjected to a degreasing treatment at 550 ° C. for 30 minutes, and then baked at a temperature of 700 to 900 ° C. Thereby, the resistance heating element 5 having a thickness of 50 μm was formed. The resistance heating element 5 was divided into four in the diameter direction, and the pattern arrangement was one pattern, two patterns, four patterns, and eight patterns from the center part, for a total of 15 patterns. Thereafter, the power supply portion 6 was fixed to the resistance heating element 5 with a conductive adhesive, whereby the plate-shaped ceramic body 2 was manufactured.
[0061]
The bottomed metal case 19 is made of aluminum having a diameter of 330 mm and a thickness of 2.0 mm forming the bottom surface 21 and a 1.0 mm thickness of aluminum forming the side wall portion 22. The pair 13 and the conduction terminal 11 were attached at predetermined positions. The distance from the bottom surface 21 to the plate-shaped ceramic body 2 was 20 mm. Thereafter, the plate-shaped ceramic body 2 is stacked on the opening of the bottomed metal case 19, and a bolt 16 is passed through the outer periphery thereof so that the plate-shaped ceramic body 2 and the bottomed metal case 19 do not directly contact. The wafer support member 1 was obtained by interposing a ring-shaped contact member 17 and screwing a nut 20 elastically from the contact member 17 side with an elastic body 18 interposed therebetween. The cross section of the contact member 17 was trapezoidal, and was ring-shaped to support the peripheral portion of the plate-shaped ceramic body. The size of the trapezoidal cross section is such that the lower side is 4 mm and the height is 2 mm and the upper side is 0.05 to 4 mm, and the contact member having the lower side is 15 mm, the height is 2 mm and the upper side is 5 to 15 mm is used for each wafer support member. Attached. The material of the contact member was SUS304 and carbon steel. Each of the manufactured wafer support members was used as a sample No. 1 to 9.
[0062]
The evaluation was performed using a temperature measuring wafer in which a temperature measuring resistor was embedded in 29 places. A power supply was attached to each wafer support member, the temperature of the wafer W was raised from 25 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes, and the temperature of the wafer W was set at 200 ° C., and then the average temperature of the wafer W was 200 ° C. ± 0.5 ° C. The time until it became constant in the range was measured as the response time. Further, after the temperature was raised from 30 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes and held for 5 minutes, a temperature cycle of cooling for 30 minutes was repeated 1000 times, and then the temperature was set from room temperature to 200 ° C. The difference between the minimum values was measured as the temperature difference of the wafer W.
[0063]
Each result is as shown in Table 1.
[0064]
[Table 1]

[0065]
As can be seen from Table 1, sample no. 1 is that the width of the contact portion between the contact member and the plate-shaped ceramic body is as small as 0.05 mm, and the response time and the temperature difference of the wafer are small. could not. Further, the sample No. In No. 9, the width of the contact portion of the contact member was as large as 15 mm, and the temperature difference between the wafers was as large as 1.1 ° C., and did not have a basic function of a wafer supporting member for uniformly heating the wafer.
[0066]
On the other hand, sample Nos. In Nos. 2 to 8, the width of the contact portion between the contact member and the plate-shaped ceramic body is in the range of 0.1 to 13 mm, the temperature difference between the wafers is 1 ° C. or less, and the response time is 60 seconds or less. Indicated.
[0067]
Therefore, it was found that it is preferable that the width of the contact portion in contact with the plate-shaped ceramic body is 0.1 to 13 mm in a cross section obtained by cutting the contact member along a plane perpendicular to the plate-shaped ceramic body.
[0068]
(Example 2)
In the same process as in Example 1, the amount of yttrium oxide added was changed within the range of 0.1 to 5% by mass to produce a plate-shaped ceramic body. Further, a contact member having a contact portion in contact with the plate-shaped ceramic body having a width of 2 mm was manufactured using SUS304, SUS403, Fe—Ni—Co alloy (Kovar), carbon steel, and aluminum. Then, the plate-shaped ceramic body and the contact member are combined so that the ratio of the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body 2 to the thermal conductivity of the contact member becomes 1 to 128%. A metal case with a bottom was attached to manufacture a wafer support member.
[0069]
The sample No. 21 to 28 used a metal contact member, the bottomed metal case had a diameter of 330 mm, a side wall thickness of 1.0 mm, a bottom thickness of 2.0 mm, and a depth of 30 mm. Further, the sample No. Numerals 29 and 30 are resin contact members whose Young's modulus is less than 1 GPa, and the trapezoidal contact member was greatly deformed and was difficult to use as a wafer support member. The metal case with the bottom had a diameter of 340 mm, a side wall thickness of 1.0 mm, a bottom thickness of 2.0 mm, and a depth of 30 mm.
[0070]
And it evaluated similarly to Example 1.
[0071]
Table 2 shows the results.
[0072]
[Table 2]

[0073]
SUS304, Fe-Ni-Co alloy, SUS403, and carbon steel were used as the contact members, which were combined with aluminum nitride having different thermal conductivities, and the heat conductivity of the contact members was smaller than that of the plate-shaped ceramic body. It was found that the response time of the wafer contact members 21 to 27 was excellent within 60 seconds and the temperature difference of the wafer was 1 ° C. or less.
[0074]
However, sample No. In No. 28, the thermal conductivity of the contact member was larger than that of the plate-shaped ceramic body, the response time was as long as 74 seconds, and the temperature difference of the wafer was as large as 1.2 ° C.
[0075]
Further, the sample No. Although the response time of the wafer supporting member made of resin such as 29 and 30 is as small as 47 seconds and 48 seconds, the wafer temperature difference is as large as 1.1 ° C. and 1.2 ° C., respectively. Could not be used. It is considered that the temperature difference of the wafer becomes large because the contact member made of resin is deformed in the cycle of repeated temperature.
[0076]
Therefore, it was found that the wafer support member having a smaller thermal conductivity of the contact member than the plate-shaped ceramic body exhibited excellent response characteristics and a small temperature difference between the wafers.
[0077]
(Example 3)
A plate-like ceramic body made of aluminum nitride and having a Young's modulus of 300 GPa was produced in the same manner as in Example 1. Further, the width of the contact portion of the contact member that comes into contact with the plate-shaped ceramic body using SUS304, SUS403, Fe—Ni—Co alloy (Kovar), carbon steel, aluminum, tin, and tin-lead alloy is 0.1 mm, and the Young's modulus is Were manufactured. Then, a bottomed metal case made of aluminum was attached to the plate-like ceramic body via the contact member in the same manner as in Example 2 to produce a wafer support member.
[0078]
And it evaluated similarly to Example 1.
[0079]
Table 3 shows the results.
[0080]
[Table 3]

[0081]
Sample No. consisting of a contact member having a Young's modulus of 1 GPa or more. It has been found that the wafer support members 31 to 37 exhibit favorable characteristics with a response time as short as 50 seconds or less and a wafer temperature difference as small as 0.8 ° C. or less.
[0082]
However, sample No. 38 wafer support members made of fluororesin or fiber-containing resin should be used as wafer support members with response times as large as 58 seconds and 61 seconds, respectively, and with a wafer temperature difference as large as 1.2 ° C. and 1.3 ° C. Could not.
[0083]
Therefore, it was found that a wafer supporting member having a Young's modulus of 1 GPa or more and smaller than the plate-shaped ceramic body is preferable.
[0084]
(Example 4)
A plate-like ceramic body was produced in the same manner as in Example 1. In addition, a wafer supporting member having a trapezoidal cross section made of carbon steel as a contact member, and a contact member having a circular cross section made of a contact member made of carbon steel are produced. Was attached to produce a wafer support member.
[0085]
And it evaluated similarly to Example 1. Table 4 shows the results.
[0086]
[Table 4]

[0087]
Sample No. The response time of the wafer support member having the trapezoidal contact members 41 and 42 was 33 seconds and the temperature difference between the wafers was 0.4 ° C. The sample No. 41 having the structure shown in FIG. Those having a circular cross section of the contact member, such as 43 and 44, have a short response time of 24 seconds and 19 seconds, and the temperature difference between the wafers is small, preferably 0.3 ° C. and 0.2 ° C., which is preferable.
[0088]
In particular, the sample No. It has been found that a wafer support member having a circular cross section and a cross section diameter of 1 mm or less as shown by 44 shows a very excellent characteristic with a response time of 19 seconds and a wafer temperature difference of 0.2 ° C. .
[0089]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a wafer supporting member including a resistance heating element on one main surface of a plate-shaped ceramic body and a wafer heating surface on the other main surface, and supplying power to the resistance heating element. A metal case connected to the plate-shaped ceramic body so as to surround the power-supplying terminal, and connected to the metal case via a contact member that supports the periphery of the plate-shaped ceramic body in a ring shape. By doing so, it is possible to obtain a good wafer supporting member having a small temperature difference between wafers and a short response time.
[0090]
Further, when the contact width of the contact member is set to 0.1 to 13 mm and the thermal conductivity of the contact member is made smaller than the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body or the Young's modulus of the contact member is set to 1 GPa or less, the average is further reduced. A wafer supporting member excellent in heat property can be obtained.
[0091]
Further, when the cross section of the contact member is circular, a highly reliable wafer support member exhibiting excellent characteristics can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a wafer heating apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the vicinity of a contact member of the wafer heating device of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the vicinity of a contact member of the wafer heating device of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 71: wafer support member
2, 72: plate-shaped ceramic body
3, 73: mounting surface
5, 75: resistance heating element
6: Power supply unit
8: Support pin
11, 77: Power supply terminal
12: Guide member
16: bolt
17: Contact member
18: Elastic body
20: Nut
21: Bottom
23: Hole
24: Gas injection port
25: Wafer lift pin
26: Through hole
27: Thermocouple
28: Guide member
29, 79: Metal case
W: Semiconductor wafer

Claims

A wafer supporting member having a resistance heating element on one main surface of the plate-shaped ceramic body and a wafer heating surface on the other main surface, a power supply terminal for supplying power to the resistance heating element, and surrounding the power supply terminal And a contact member that supports the periphery of the plate-shaped ceramic body in a ring shape and connects to the metal case as described above, and the cross section of the contact member is circular. A wafer heating device characterized by the above-mentioned.

2. The wafer heating apparatus according to claim 1, wherein a width of the contact member in contact with the plate-shaped ceramic body is 0.1 to 13 mm.

The wafer heating device according to claim 1, wherein a thermal conductivity of the contact member is smaller than a thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body.

4. The wafer heating apparatus according to claim 1, wherein the contact member has a Young's modulus of 1 GPa or more and is smaller than a Young's modulus of the plate-shaped ceramic body.

The wafer heating device according to any one of claims 1 to 4, wherein the diameter of the contact member is 1 mm or less.