JP3588457B2 - ウェハ加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェハを加熱する際に用いるウェハ加熱装置に関して、特に、ウエハを装置上に昇降させるリフトピンを案内保持するための保持部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハ加熱装置は、半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基板等のウェハを加熱する装置で、ウエハ上に半導体薄膜を形成し、又は、塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けてレジスト膜を形成する等に使用されている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、複数のウェハを一括して加熱するバッチ式と、１枚ずつ加熱する枚葉式とがあり、枚葉式は、温度制御性に優れているので、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴ない、広く使用されている。
【０００４】
近年生産効率の向上のために、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、必ずしも大型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、寧ろ、単一の装置を使用して、多種多様サイズのウェハをそれぞれの熱処理条件に対応して加熱できることが望まれている。
【０００５】
従来技術に関して、特開２００１−５２９８５は、発熱体を下面に備えて上面でウエハを加熱するホットプレートとこれを支持する密閉容器とを含むホットプレートユニットに関して、ウェハ面を支持してウェハの授受を行うウェハリフトピンを利用して、多種サイズのウェハに対応できる装置を開示している。
【０００６】
この従来装置は、図９に図示のように、ケーシング６９の上の開口部にセラミックのホットプレート５４を固定し、ホットプレートには、下面５９に発熱体として抵抗パターン５５を備え、上面を、加熱すべきウエハＷを載置する載置面５３としている。ケーシングの底部には、ピン挿通スリーブ６２が立設されて、上記のホットプレート５４の下面５９と接触して、そのスリーブ６２の挿通孔が、ホットプレート５４に開設した貫通孔７６と連通されている。リフトピンは、ピン挿通スリーブ６２の挿通孔とホットプレート５４の貫通孔７６に挿通されて、リフトピンの上端でウエハを保持しながら降下して、ウエハをホットプレート上に載置し、加熱処理後には、ホットプレートの上方に上昇させて、ウエハの脱着を容易にしている。
【０００７】
この装置は、また、ケーシング６９内部に冷却用の空気を流通させるための流体供給用のポート６７が、上記のケーシング底部に設けられ、加熱処理した後のウエハを放冷する過程で、ポート６７から空気をホットプレートに吹き付けて、その降温の速度を高めて、ウエハの冷却時間を短縮することがなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のウエハ加熱装置においては、ガイド部材は、その端部面がセラミック基板の貫通孔の周辺部に接触して、貫通孔を密封しており、上記の冷却の際に供給された空気が貫通孔に浸入してウエハの表面に直接に吹き付て、その吹き付け部位を局部的に冷却するのを防止している。然しながら、ピン挿通スリーブの上端が均熱板の下面に直接に接触していると、抵抗発熱体に通電してウェハを加熱する際には、セラミック基板からガイド部材へと熱移動が起こり、その結果、ウェハ表面温度が、ウェハリフトピン近傍で、他の部分の表面温度に比べて低くなり、処理後のウェハ表面状態にばらつきを生じる原因となっていた。
【０００９】
上記の問題を解決するために、セラミック基板のガイド部材が接する領域での発熱量が増加するように抵抗発熱体の抵抗分布を調整してガイド部材への熱の移動を補償し、目的温度に達した時にウェハ表面の温度分布を良好にするように温度設定をすることが考えられる。しかし、この方法では、表面温度の均一化のための抵抗発熱体の各部位での発熱量の精密設定が難しく、さらに、設定温度に達するまでの過渡時において板状セラミックス板の温度分布が悪化し、結果として、熱処理後のウェハ表面状態にばらつきが生じていた。
【００１０】
本発明は、均熱板からガイド部材への熱の移動を抑えて、定常保温過程でもその前の昇温過程においても、ウエハの表面温度を均一化することのできるウエハ加熱装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のウェハ加熱装置は、上部主面をウェハの戴置面とするセラミック基板に配置した発熱体を含む均熱板と、均熱板を貫通する貫通孔を挿通してウエハを昇降させるリフトピンと、前記ウェハリフトピンを挿通して案内するガイド孔を備えたガイド部材と、を含むが、ガイド部材の少なくとも上端面を先細にしてセラミック基板の下部主面に近接させ、これによって、セラミック基板ないし均熱板からガイド部材への熱伝導と熱輻射とを軽減して、昇温過程と定常保温過程でのウエハの表面温度分布を均一にするものである。
【００１２】
本発明は、ガイド部材を、上端面が肉厚０．１〜３．０ｍｍの環状になるようにして、熱伝導又は熱輻射によって起こる均熱板の下部端面からガイド部材上端面への熱の移動を抑制するものである。
【００１３】
本発明の装置は、ガイド部材をセラミック基板をに近接させる形態として、ガイド部材の上端面がセラミック基板に接触する構造を含む。また、本発明の装置は、ガイド部材の上端面が、セラミック基板の下面に離間して配置する構造が含まれる。この態様は、ガイド部材の上端面とセラミック基板の下面との間に離間距離ないし間隙を設けて、セラミック基板からガイド部材への熱伝達を抑制し、セラミック基板の局部的な温度の低下を防止するものである。
【００１４】
さらに，本発明の装置は、ガイド部材の上端面が、セラミック基板の下面との間に環状の軟質弾性の接続部材を介して配置することも含まれる。接続部材は、ウエハの冷却の際に、支持台内に供給された空気がその間隙を通ってセラミック基板の貫通孔からウエハに到達して局部的に冷却するのを防止するものである。
【００１５】
ガイド部材は、その熱伝導率を、ウェハ加熱用の均熱板を構成するセラミック基板の熱伝導率より小さくするのが好ましく、これは、均熱板で発生した熱がガイド部材へ移動するのを抑制するものである。
【００１６】
本発明に用いられるガイド部材の実施形態は、ガイド部材先端の全長の１／３以上が先細段部にされる。先細段部にすることにより、均熱板から熱伝導又は熱輻射によって生じるガイド部材への熱の移動が抑制できるので好ましい。
【００１７】
また、ガイド部材の別の実施形態は、ガイド部材先端の全長の２／３以上を先細テーパー部とされて、先細のテーパ部により、均熱板から熱伝導又は熱輻射によってガイド部材への熱移動が抑制できるので好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この実施形態のウエハ装置加熱装置においては、図１と図８に例示すように、均熱板４が、上部主面をウェハの戴置面３とするセラミック基板２と、該セラミック基板の内部もしくは下部主面に配置した発熱体５とから構成され、ウエハ加熱装置には、均熱板４を貫通した貫通孔２６を挿通してウエハＷを昇降させるリフトピン２５と、これらウェハリフトピンを挿通して案内するガイド部材１２を設けている。そして、ウエハ加熱装置は、この均熱板２の周縁部を支持する円筒状の支持台１９を備えて、支持台の内部空所には、均熱板下部にリフトピン２５とそのガイド部材１２とを含む。
【００１９】
セラミック基板は、セラミック焼結体の板であり、酸化物、炭化物、窒化物の焼結体が利用されて、通常は、円盤状を成している。セラミック基板の上部主面がウエハの載置に利用され、下部主面ないし内部に発熱抵抗体が配置され、リフトピンを挿通するための貫通孔を備えて、その周縁部が、上記筒状の支持台の上部開口部の周縁部に固定されている。
【００２０】
セラミック基板は、通常は、２〜５ｍｍの厚みとされ、均熱板の強度を確保して、均熱板の熱容量を小さくして、加熱および冷却時の温度が定常化するまでの時間を短くするようにされる。また、セラミック基板は、好ましくは、ヤング率２００ＧＰａ以上の材料が用いられ、熱応力に対して変形量を少なくし上記板厚に薄くできる。
【００２１】
また、セラミック基板は、好ましくは、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料から形成され、薄い板厚でも抵抗発熱体の発熱を伝導し、ウェハ載置面の温度ばらつきを小さくすることができる。これらの点から、炭化珪素質または窒化アルミニウム質の焼結体が利用できる。
【００２２】
均熱板に設ける抵抗発熱体５は、抵抗材料のストリップからパターン形成されて、図８に示すようにセラミック基板２の内部に埋設されるか、図１に示すように、下部主面に取着されている。抵抗体ストリップは、同心円状、又は渦巻き状のパターンで配置して構成することができ、セラミック基板の面域でいくつかに分割した発熱体にし、各発熱体は、連続したストリップで形成される抵抗回路にし、各発熱体を電力制御して、セラミック基板全体で温度が均一化するように発熱量の分布を与えることができる。
【００２３】
均熱板は支持台上に固定されるが、支持台は、有底筒状を成して、底部には ウェハリフトピンを挿通する底部貫通孔を有してガイド部材の下端側を定置し、上部の開口部が、上記の均熱板の周縁部を固定している。
【００２４】
リフトピンは、支持台下部に配置した駆動装置により、上下動可能に立設され、好ましくは、３本以上のウェハリフトピンが利用される。リフトピンは、支持台の貫通孔を貫通して、リフトピン保持部材のガイド孔を挿通して、セラミック基板の貫通孔を挿通して、基板上面から先端が突出するように配設される。
リフトピンは、外部から運搬してきたウェハをウェハリフトピンの上端で受け取り、ウェハリフトピンを下降させて均熱板のウェハ戴置面に戴置することができ、加熱処理後には、ウェハリフトピンを同時に上昇させて熱処理を終えたウェハを戴置面から離脱するのである。
【００２５】
リフトピンは、金属の細い線条で形成され、好ましくは、２〜６ｍｍの直径を有している。リフトピンが、この直径２ｍｍより細いと、十分な剛性を確保できず、ウェハの荷重で、曲がりやすくなり、ウェハの載置離脱の安定性に欠けるので好ましくない。直径６ｍｍより太いと、セラミック基板の貫通孔の直径が大きくなり、この上のウェハＷにクールスポットを発生させるので好ましくない。
【００２６】
セラミック基板の貫通孔は、リフトピンを挿通するが、貫通孔の内径が２〜８ｍｍであると、貫通孔周辺部の温度ばらつきを抑制でき、ウェハを短時間で均一に加熱することができるので好ましい。貫通孔の内径が８ｍｍを越えると、均熱板の非加熱領域である貫通孔が広くなり過ぎて、周囲の抵抗発熱体の熱密度を調整しても、均熱性を確保できないので好ましくない。
【００２７】
ガイド部材は、底部に固定され、均熱板の下部主面側に配置されて、内部に形成されたガイド孔を有する筒体であり、ガイド孔でリフトピンをその先端がセラミック基板の上記貫通孔に挿入できるように方向付ける機能を有している。
【００２８】
後述のように、ガイド部材の形態は、ガイド部材の上端面が、均熱板の下部主面と接触して配置するものが採用できる。別の形態は、ガイド部材の上端面が、均熱板の下部主面とは間隙を設けて離間的に配置するものが採用される。
別の形態では、ガイド部材は、ガイド部材の上端面が、均熱板の下部主面と、別の接続部材によって接続されたものが採用される。
【００２９】
このようなガイド部材は、一般に、金属、セラミック、耐熱性ポリマから選ばれる。ガイド部材は、共通して、横断面が矩形または円形、その他の変形を含む柱状ないし筒状である。ガイド部材のガイド孔は、リフトピンを挿通することのできる直径を有し、リフトピンの直径に対応して、ガイド孔の内径は、２〜８ｍｍであるのが好ましい。
【００３０】
ガイド部材の上端面は、細くされて、肉厚０．１〜３．０ｍｍの環状の形状とし、基板から上端面への熱伝達量を低減することができる。上端面の肉厚は、端面の外周とガイド孔内周との間の厚みないし幅を言う。ガイド部材の上端面の肉厚が、３．０ｍｍを越えると、セラミック基板−ガイド部材間の熱伝達の量が大きくなり、セラミック基板の厚みが小さいと、ウエハ上で、基板の貫通孔に対応する部位の温度が他の部位よりも低くなる惧れがある。肉厚を０．１ｍｍより小さくすると、ガイド部材の上端面が加熱処理時に熱変形する惧れがあり、十分な強度を得ることができない。
【００３１】
ガイド部材上端面の環状の肉厚は、０．１〜０．５ｍｍであるのがいっそう好ましい。このような肉厚のガイド部材は、均熱板のガイド部材の直上部位からガイド部材に移動する熱量が軽減され、これにより、均熱板の接触面周辺部温度の低下が抑制され、ウェハ表面のクールスポットの発生を防止することができる。
【００３２】
このようなガイド部材の形状は、好ましくは、直状の管ないし筒が利用される。この形状は、好ましくは、上記ガイド部材の上端面が均熱板の下部主面とは間隙を設けて離間的に配置する実施形態に採用できる。この場合は、ガイド部材は、均熱板の荷重を支持しないので、特に、太くする必要がない。
【００３３】
他方で、ガイド部材は、下部側を太くした大径部を設けるのが、底部への定置固定が容易となり、好ましい。また、ガイド部材は、ガイド部材の上端面が均熱板の下部主面と接触する実施形態では、大径部を設けるのが荷重を支持するので好ましい。
【００３４】
しかしながら、ガイド部材に大径部を設けた形態は、大径の部分が均熱板から支持台の底部側への熱伝導を高め、さらに、均熱板の下面から大径部の側面に受ける放射熱量を高める。特に、ガイド部材の上部の側面部は、ガイド部材の上端面ほどではないが、均熱板の輻射熱を受けるので、均熱板からガイド部材に熱移動が起こり、均熱板の温度が部分的に下がる。
そこで、ガイド部材の上部を下部より小径にして先細段部を形成するのが好ましく、ガイド部材の上部の側面積を減少させて、熱移動を抑制することができる。先細段部は、断面円形又は矩形の筒状で、断面直径又は四辺は、２．１〜２０ｍｍの範囲とすることができ、この場合は、下部の大径部の直径ない四辺１０〜４０ｍｍの範囲とすることができる。
【００３５】
ガイド部材の上部は、輻射熱の吸収が顕著で、この先細段部は、ガイド部材の全長（即ち、高さ）の１／３以上の長さ範囲で形成するのが好ましく、熱移動が効果的に抑制することができる。先細段部の形成範囲がガイド部材の１／３以下であると、小径部による輻射熱の熱移動を抑制する効果は低い。
【００３６】
ガイド部材上部は、先細段部に代えて、先細テーパー部とすることもできる。先細テーパー部は、先細段部と同様に、熱輻射による均熱板からガイド部材への熱移動を抑制することができる。先細テーパー部は、ガイド部材の上端から高さの２／３以上の長さとするのが、熱の移動が抑制されるので好ましい。先細テーパー部の長さが高さの２／３より小さいと、先細テーパー部による輻射熱の熱移動を抑制する効果は低くなる。ガイド部材の高さにわたって先細テーパー部として、ガイド部材を錐体、例えば、裁頭円錐体とすることできる。
【００３７】
ガイド部材の上端面および先細段部の面積をさらに減らすのに、ガイド部材の上端面に面取りを施すこともできる。ガイド部材の上端面は、均熱板からガイド部材への輻射熱による熱移動に最も影響が大きいので、面取り部によって上端面の面積が減少して熱移動が抑制できる。また、面取り部によって減少する上端部の角の面の面積が、面取り部の面積より大きいので、熱移動を抑制する効果がある。面取りを施すと熱移動が抑制されるけれども、面取り部は強度も減少するので、ガイド部材が均熱材と離間している形態に用いることができる。ガイド部材が均熱材と接触もしくは接続する場合にはガイド部材先端の強度に考慮して面取りを施すとよい。
【００３８】
ガイド部材は、耐食性材料から形成される。このような材料には、ステンレス鋼やアルミニウム等の耐食性金属が利用できる。また、Ｎｉ系合金やアルミニウム等の耐食性金属でメッキされた金属が利用てき、耐食性のセラミックスを含む。高温時であっても腐食されにくく、またウェハに害を与える有毒なガスを発生しないので好ましい。
【００３９】
ガイド部材は、特に、その熱伝導率が低いことが好ましい。ガイド部材の材質は、セラミック基板の熱伝導率より小さい熱伝導率を有するように選択され、セラミック基板の熱伝導率の８０％以下であると好ましく、さらに５０％以下であるとより好ましい。
【００４０】
セラミック基板は、その熱伝導率を、通常、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上にされるが、これに対応して、ガイド部材は、その熱伝導率がセラミック基板の熱伝導率の５０％以下とするのが好ましい。このような低熱伝導のガイド部材には、金属から熱伝導率のより小さい合金から選ぶことができ、鋼からＣｒ系の合金鋼、特に、ステンレス鋼（特に、オーステナイト系、）、銅合金から、商用合金では、青銅、コンスタンタン、ニッケル合金から、ニクロム、モネルメタルが利用できる。
また、ガイド部材は、酸化物、窒化物や炭化物を主成分とするセラミクスから作るともできる。
【００４１】
特に、ガイド部材の上端を均熱板に接触させる形態では、ガイド部材の熱伝導率が高いと、温度を上げた際に均熱板からガイド部材に熱が移動して、均熱板上部主面のウェハ載置面では貫通孔周辺部の温度が下がり、戴置されたウェハの表面にクールスポットを発生する恐れがある。
【００４２】
ガイド部材を均熱板に直接的に接触させるときは、特に、ガイド部材は、セラミック基板より小さい熱伝導率とするのが好ましく、熱伝導を減らして、基板上の良好な均熱性を確保できる。
【００４３】
実施の形態１．
この形態は、ガイド部材を均熱板に直接的に接触させるもので、ガイド部材がウェハリフトピンのガイド機能に加えて、均熱板の保持機能も有することができる。
【００４４】
図１に示す装置には、リフトピン２５が、支持台の底部２１からガイド部材１２と、均熱板４を挿通して均熱板の載置面に先端が突出し、均熱板４のほぼ中央部に三角形を成すように配置されて、ウエハの載せ替えに供されている。リフトピンは、この例では、直径２〜８ｍｍのステンレス鋼線が使用されている。
【００４５】
ガイド部材１２は、下面が支持台１９の底部２１に固定され、上面がセラミック基板の下側主面７に接触して配置されている。ガイド部材１２は、下部が太く、上部が先細段部を成して、上部が細く小径にされている。
【００４６】
先細段部の上端面は、肉厚０．１〜３．０ｍｍの範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとして、先細段部のセラミック基板からの熱伝導を少なくして、セラミック基板の載置面上で温度分布に不均一な部位が生じるのを防止している。
他方、ガイド部材１２の下部は、直径３．３〜３０ｍｍの大径部として、上端面がセラミック基板との接触による均熱板の荷重の保持と、支持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易を図っている。
【００４７】
支持台１９は、金属製（例えば、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４）で、底部２１と円筒側面２２とからなり、円筒容器状にされている。支持台は、底部２１の上面からセラミック基板２の下部主面７までの距離を１０〜５０ｍｍとし、支持台内部に空所を形成している。この距離は、均熱板と支持台内面との相互の輻射熱によりウェハ載置面の均熱化を容易にし、外部との断熱効果があるので、載置面が均熱されるまでの時間が短くなるので好ましい。
【００４８】
支持台１９の底部２１には、リフトピン用の貫通孔１０を設けて、ガイド部材１２の下面がネジ止め固定されて、ガイド孔１４がこの貫通孔１０に連通している。
支持台１９は、また、この例では、底部２１には、ガス噴射口２４とガス排出口２３とを配設して、内部空所に冷却ガス（通常は、空気）を供給して、熱処理後にセラミック基板を強制冷却することができるようにされている。
底部２１には、さらに、導通端子１１と熱電対２７と電気絶縁的に貫通するようにされている。
【００４９】
均熱板は、この支持台１９の開口部に、上側からボルト１６を貫通させ、断熱部１７を介在させ、ナット２０を螺着して弾性的に固定されている。
【００５０】
図２には、ガイド部材の詳細を示すが、先細段部３２の上端面９は、肉厚Ｅが０．１〜３．０ｍｍの範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとして、さらに、先細段部の長さＴは、ガイド部材の高さＬの１／３以上とされて、先細段部３２のセラミック基板２からの熱伝導を少なくして、セラミック基板２の載置面上で温度分布に不均一な部位が生じるのを防止している。他方、ガイド部材１２の下部は、大径部３０として、上端面がセラミック基板との接触による均熱板の荷重の保持と、支持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易を図っている。大径部３０の直径は、荷重の保持と取り付けの点から１０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。
【００５１】
図３は、ガイド部材１２の上部をテーパ状にした別の形態について、先細テーパ部３３の先端の上端面９は、肉厚Ｅが０．１〜３．０ｍｍの範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとしている。さらに、テーパ部３３の長さＴは、ガイド部材の高さＬの２／３以上とされて、先細段部３２のセラミック基板２からの熱伝導を少なくして、セラミック基板２の載置面上で温度分布に不均一な部位が生じるのを防止している。
【００５２】
他方、ガイド部材１２の下部は、大径部３０として、上述の先細段部の例と同様に、上端面がセラミック基板との接触による均熱板の荷重の保持と、支持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易を図っている。大径部３０の直径もまた、荷重の保持と取り付けの点から１０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。
【００５３】
実施の形態２．
この実施形態は、ガイド部材の先端部を均熱板の下面から離間するものであり、空隙を設けて、均熱板からガイド部材への熱の移動を抑えて、ウェハ戴置面の良好な均熱性を確保する。この実施形態は、均熱板の下部主面と対面するガイド部材の上端面の面積を小さくするので、熱輻射による熱移動を減少させることができる。
【００５４】
均熱板の下部主面とガイド部材の上端面との離間距離、即ち、間隙は、０．０５ｍｍ以上とするのが好ましい。離間距離を０．０５ｍｍ未満にすると、隙間の間の熱伝達量が増加するので好ましくない。また、基板とガイド部材とが、変形や、温度を上昇や降下の際のの熱膨張の差により、ガイド部材とセラミック基板が部分的に接触する惧れがある。
【００５５】
他方、離間距離を大きくしすぎると、ガイド部材が、基板の貫通孔に案内する機能を害して、リフトピンが案内できない惧れがある。さらに、ウエハ加熱装置が加熱処理後に均熱板の下部主面側に冷却用の空気を導入してセラミック基板を強制冷却する方式であるときは、離間隙間が大きいと冷却空気がウエハの載置面に多量に漏れ込み、ウエハを局部的に冷却することがあり、さらに、ウエハの処理面を汚染する可能性があり好ましくない。この点から、離間距離は、２．０ｍｍ以下とするのが適当である。
【００５６】
この実施形態のウエハ加熱装置は、図１に示す装置と同様であるが、ガイド部材１２は、その上端面９がセラミック基板２の下部主面７から離間させている。
【００５７】
図４は、ガイド部材１２を直管で形成した例で、ガイド部材１２は、下面が支持台の底部２１に固定され、上端面９が、セラミック基板２の下部主面７と隙間Ｄを設け離間させて、セラミック基板２下面からの熱伝導を防止している。間隙Ｄは、０．０５〜２．０ｍｍの範囲から選ばれている。この例では、ガイド部材１２の上端面９を含む断面肉厚が、０．１〜３．０ｍｍの環状とされて、輻射による熱伝達を少なくしている。ガイド部材１２の直径は、リフトピンの直径を考慮して、ガイド孔１４は直径２〜８ｍｍ程度とし、２〜２０ｍｍの範囲から選ばれる。
【００５８】
図５は、先細段部３２を上部に設けたガイド部材１２の例で、先細段部３２の上端面９は、セラミック基板の下部主面７とは間隙Ｄを設けて離間して、支持台の底部２１に固定されている。図２に示した例と同様に、肉厚Ｅが０．１〜３．０ｍｍの範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとして、さらに、先細段部の長さＴは、ガイド部材の高さＬの１／３以上とされている。
この例のガイド部材は、先細段部３２のセラミック基板２から離間しているので熱伝導を少なくして、セラミック基板２の載置面上で温度分布に不均一な部位が生じるのを防止している。他方、ガイド部材１２の下部は、大径部３０として、支持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易を図っている。大径部３０の直径は、専ら取り付けの容易の点から１０〜３０ｍｍの範囲から選ばれる。
【００５９】
図６には、先細段部３２を上部に設けたガイド部材１２の変形例で、同様に、先細段部３２の上端面９は、セラミック基板の下部主面７とは間隙Ｄを設けて離間させるが、先細段部３２の上端面９には、面取りされて面取り部３５が形成されて、先細段部３２の上端部の表面積をさらに小さくして、セラミック基板からのガイド部材への熱伝達をいっそ少なくしている。この例では、上端面の肉厚は、肉厚Ｅが０．５〜２．０ｍｍの狭幅にされている。
【００６０】
実施形態３．
この実施形態は、ガイド部材の上端とセラミック基板の下側主面の貫通孔との間を環状の軟質弾性の接続部材より接続させることを含む。軟質弾性の接続部材は、耐熱性があり弾力性に富んだポリマーを用いることができる。弾性部材は、１０ＧＰａ以下のヤング率を有するポリマーから選ぶことができる。このような材料には、たとえば、ポリカーボネート、ポリアセタール、フッ素樹脂が挙げられる。接続部材が、弾力性が高いとき、温度上昇時にガイド部材や均熱板が熱膨張しても、ガイド部材上端面と均熱板下部主面との間に間隙を発生することがない。
【００６１】
ウエハ加熱装置が均熱板の下部主面側に冷却用の空気を導入する方式であるときは、接続部材の利用は、熱処理後のウェハを強制冷却によって均熱板下部主面側に冷却空気を導入した際に冷却空気がウエハの載置面に流れ込むという惧れを少なくして、ウエハ処理部の汚染を防止できるので好ましい。
【００６２】
図７は、この実施形態のウエハ加熱装置のガイド部材を示すが、下部の大径部３０に対して上部に先細段部３２を備え、この先細段部３２の先端に弾性的な接続部材３６を設けたガイド部材１２の例で、先細段部３２の上端面９には、中空部を備えた筒状の接続部材３６が取着されて、接続部材３６がセラミック基板の下部主面７と接続ないし接着されている。この例は、接続部材にゴムないしはエラストマーが利用されている。筒状の接続部材３６は、ガイド部材のガイド孔と連通してリフトピン２５が挿通できる中空部を備え、その肉厚は、先細段部の肉厚Ｅと同様に、０．１〜３．０ｍｍの範囲にあり、直径が２．２〜１４ｍｍとしている。さらに、先細段部３２の長さＴは、ガイド部材の高さＬの１／３以上とされている。下部の大径部３０が、支持台の底部２１に固定されている。
【００６３】
この例のガイド部材は、先細段部３２が、接続部材３６を介してセラミック基板２と接続しており、先細段部３２を小径として、セラミック基板２からの熱伝導を少なくして、セラミック基板２の載置面上で温度分布に不均一な部位が生じるのを防止している。さらに、接続部材３６がセラミック基板２の貫通孔２６をシールするので、支持台１９の内部空所に冷却ガスを供給したときの貫通孔２６からの漏れを防止することができる。
他方、ガイド部材１２の下部は、大径部３０として、支持台１９の底部２１への固定の際の取り付け容易を図っている。大径部３０の直径は、専ら取り付けの容易の点から１０〜３０ｍｍの範囲から選ばれる。
【００６４】
【実施例】
以下の試験においては、均熱板には、窒化アルミニウムの焼結体から成形した板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍの円盤状にしたセラミック基板を使用して、中心から６０ｍｍの同心円上の３箇所に、内径４ｍｍのリフトピン用の貫通孔を形成した。
セラミック基板には、抵抗材料として金とパラジウムの混合粉末を含むペーストから、抵抗体ストリップに印刷焼付けられた。抵抗発熱体のパターンは、多数に分割して配置され、均熱板４を同心円で半径方向に４分割し、中心の分割領域に１つ、その外側の分割領域に２つ、さらに外側の分割領域に４つ、最も外側の分割領域に８つ、と配列した。セラミック基板の下側主面には、抵抗発熱体５に給電部６を導電性接着剤にて固着させた。他方の戴置面３には、載置面上に載置面と離間してウェハを定置するウェハ支持ピン８を複数個設けられている。
【００６５】
支持台１９はアルミニウムの容器形状で、外径３３０ｍｍで、深さ２０ｍｍを有し、開口部に上記の均熱板が固定されている。底部２１の厚みを２．０ｍｍとして、底部に試験用のガイド部材を固定し、３本のウエハリフトピン２５が底部貫通孔とガイド部材１２およびセラミック基板２を挿通して配置されている。
【００６６】
試験に供したガイド部材は、直管と先細段部との二種類とし、ガイド部材の材質に、ステンレス鋼（ＳＵＳ４０３鋼と３０４鋼）、アルミニウム、銅合金としてＣｕ−Ｔｉ合金、および窒化アルミニウムＡｌＮとを用いて、特に、熱伝導率の効果を調べた。ガイド部材の形状は、上端面での肉厚と、先細段部のタイプは高さに対する先細段部の長さ比を変更して、試験した。離間距離も０ｍｍないし０．５ｍｍの範囲で変更し、面取りを施した先細段部のタイプも試験した。
【００６７】
試験は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された測温用の厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハを用いて行った。まず、貫通孔２６直上を避けて測温ウェハを載置し、全体の温度ばらつきが０．３℃以下になるようにウェハ加熱装置を調整した。次に測温ウェハを回転させて、貫通孔２６の直上で測温を行い、周囲との温度差を計測し温度バラツキとした。測定結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】

【００６９】
試験Ｎｏ．１のガイド部材１２は、その熱伝導率Ａがセラミック基板２の熱伝導率Ｂの４２％と小さく、かつガイド部材１２の上端部９の肉厚が３ｍｍであるので、ウェハ表面の温度ばらつきが０．４℃と小さくできる。Ｎｏ．１に記載の条件で形成したウェハ支持部材を用いると、温度の均一性のよいウェハ熱処理装置が得られることが判明した。
【００７０】
試験Ｎｏ．２〜１０は、図２に示すように、ガイド部材の上部に先細段部３２を設けている。下部３０の直径２５ｍｍに対して先細段部３２の直径４．１〜１２ｍｍとして、先細段部３２の長さＴがガイド部材の高さＬの１／３とした。ガイド部材１２は、熱伝導率の異なる複数種類の材質で形成し、またガイド部材１２の上端部９の肉厚を変えて形成した。
【００７１】
試験Ｎｏ．２〜３は、ガイド部材１２の熱伝導率Ａとセラミック基板２の熱伝導率Ｂとの関係を示すＡ／Ｂの値が１００％より大きいので、ウェハ表面の温度バラツキが１．１℃と０．５℃と大きくなる。Ａ／Ｂの値が１００％より小さいＮｏ．６〜１０では、ウェハ温度の温度バラツキが０．４℃以下と優れた特性を示した。
【００７２】
また、Ｎｏ．４は、ガイド部材１２の上端面９の肉厚が４ｍｍと大きいことから、ウェハ表面の温度バラツキが０．５℃と大きくなる。また、Ｎｏ．５は、ガイド部材の上端面９の肉厚が０．０５ｍｍと小さいことから、ガイド部材が変形しウェハリフトピンと接触しパーティクルが発生する。Ｎｏ．６、〜１０はガイド部材の上端面９の肉厚が０．１ｍｍ〜３ｍｍで温度バラツキが０．４℃以下と優れた特性を示した。
【００７３】
これらの結果から、ガイド部材１２の熱伝導率がセラミック基板２の熱伝導率以下、またガイド部材１２の上端面９の肉厚が０．１ｍｍ〜３．０ｍｍ、という条件で形成したガイド部材を用いると、温度の均一性のよいウェハ熱処理装置が得られることが分かる。
【００７４】
試験Ｎｏ．１１〜１５は熱伝導率が１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のセラミック基板２からなる均熱板４と、熱伝導率が１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）のＳＵＳ４０３からなるガイド部材１２とを用いた。ガイド部材１２は、図２に図示したように、下部３０の直径２０ｍｍに対して先細段部３２の直径４．６ｍｍとして、先細段部３２の長さＴの異なる複数のガイド部材を用いた。先細段部３２の長さＴは、ガイド部材１２の高さＬに対する割合で記載した。
【００７５】
ガイド部材が、先細段部３２の長さがガイド部材１２の高さの１／５である試験Ｎｏ．１１では、ウェハ表面温度のバラツキが０．４℃と良好である。先細段部３２の長さがガイド部材１２の高さの１／３以上のガイド部材１２を用いたＮｏ．１２〜１５ではウェハ表面の温度バラツキが０．２〜０．３℃とさらに改善されている。
【００７６】
先細段部３２を備え、その長さがガイド部材の高さの１／３以上であるガイド部材１２を用いたウェハ支持部材では、さらに温度の均一性のよいウェハ熱処理装置が得られることが判明した。
【００７７】
試験Ｎｏ．１６〜２３は、ステンレス鋼ＳＵＳ４０３からなるガイド部材１２を用い、均熱板４の下部主面７とガイド部材の上端面９とを離間してウェハ支持部材を形成した。先細段部３２を有し、先細段部３２の長さＴの異なる複数のガイド部材を用いた。また、図６のように先細段部３２に面取り３５を施したガイド部材も用いた。
測定結果を表１のＮｏ．１６〜２３に示す。面取りの数値は、面取りによって減少した上端面９の肉厚である。
【００７８】
均熱板４の下部主面７とガイド部材１２の上端面９とを離間したＮｏ．２２、２３ではウェハ表面の温度ばらつきが０．１℃で、離間しなかったＮｏ．１４、１５よりも良好な結果となる。
【００７９】
先細段部３２の長さがガイド部材１２の高さの１／５および１／４であるガイド部材を用いたＮｏ．１６、１７では、ウェハ表面温度のバラツキが０．４℃と良好であるが、先細段部３２の長さがガイド部材１２の高さの１／３以上のガイド部材１２を用いたＮｏ．１８〜２３では、ウェハ表面の温度バラツキが０．１〜０．３℃とさらに改善される。
【００８０】
面取りのないガイド部材１２を用いたＮｏ．１８に対して、面取り３５を施したガイド部材を用いたＮｏ．１９、２０、２１では、ウェハ表面の温度分布の不均一がより改善され、かつ面取りで除去される上端面９が多くなるほど改善の度合いが大きい。
【００８１】
均熱板４の下部主面７とガイド部材の上端面９との離間により均熱板４とガイド部材１２とが空気層で断熱され、均熱板４からガイド部材１２への不要な熱移動が抑制されることが判る。また、先細段部３２に面取り３５を施したガイド部材では、さらに、冷却が抑制されるので、温度分布の良好なウェハ加熱装置に適している。
【００８２】
また、ガイド部材１２をステンレス鋼で作ることにより、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。
【００８３】
【発明の効果】
本発明のウェハ加熱装置は、セラミック基板の上部主面をウェハの戴置面としてセラミック基板の内部もしくは下部主面に発熱体を設けてなる均熱板と、均熱板に設けたウェハリフトピンを挿通する貫通孔と、前記ウェハリフトピンを挿通してガイドするガイド孔を備えたガイド部材と、を含み、貫通孔とガイド孔とを連通するようにガイド部材の上端面と均熱板の下部主面とを接触して成り、ガイド部材の熱伝導率がセラミック基板の熱伝導率より小さくなっているので、均熱板からガイド部材への熱の逃げが抑えられ、従来のウェハ支持部材を用いたウェハ加熱処理に比べて、ウェハ表面温度を均一にすることができる。
【００８４】
ガイド部材の熱伝導率をセラミック基板の熱伝導率の５０％以下にすることにより、熱処理時のウェハ表面温度をより均一にすることができる。
【００８５】
均熱板と接触するガイド部材の上端面の形状を肉厚０．１〜３．０ｍｍの環状にすることで、均熱板からガイド部材への熱の逃げを抑制でき、ウェハ表面温度をより均一にすることができる。
【００８６】
また、ガイド部材の上端部に、ガイド部材の下端面より細い先細段部を備えており、先細段部の長さがガイド部材の高さの１／３以上にするか、もしくはガイド部材の上端部に、ガイド部材の下端面より細い先細テーパー部を備えており、先細テーパー部の長さがガイド部材の高さの２／３以上にすれば、熱輻射による均熱板からガイド部材への熱の逃げが抑制されて、ウェハ表面温度をさらに均一にすることができる。
【００８７】
本発明のウェハ加熱装置は、セラミック基板の上部主面をウェハの戴置面とし、セラミック基板の内部もしくは下部主面に発熱体を設けてなる均熱板と、均熱板に設けたウェハリフトピンを挿通する貫通孔と、前記ウェハリフトピンを挿通してガイドするガイド孔を備えたガイド部材と、を含み、貫通孔とガイド孔とが同軸となるようにガイド部材の上端面と均熱板の下部主面とを離間して対向させて成り、ガイド部材の上端面の形状が肉厚０．１〜３．０ｍｍの環状であるので、接触面を介して伝導する均熱板からガイド部材への熱が防止され、さらに熱輻射による均熱板からガイド部材上端部への熱の移動が抑制されて、ウェハ表面温度を均一にすることができる。
【００８８】
さらに、ガイド部材の上端面と均熱板の下部主面との離間距離が０．０５〜２ｍｍにすれば、熱処理時にガイド部材が熱膨張してもガイド部材上端面と均熱板下部主面とが接触しない。
【００８９】
また、ガイド部材の上端面が面取りされていれば、熱輻射による均熱板からガイド部材上端部への熱の移動が抑制されて、ウェハ表面温度をより均一にすることができる。
【００９０】
ガイド部材が高Ｃｒ合金鋼、Ｃｕ合金等の耐食性金属、メッキ処理などの耐食処理を行った金属、もしくはセラミッククスのいずれかからなることにより、高温時であっても腐食されにくく、またウェハに害を与える有毒なガスを発生しない。
【００９１】
さらに、本発明は、上記のウェハ支持部材と、底部にウェハリフトピンを挿通する貫通孔を有し上部が開口している有底筒状体と、ウェハリフトピンと、を備えており、有底筒状体の開口を塞ぐように均熱材で封止して成り、有底筒状体の底部上面と均熱材の下部主面とが１０〜５０ｍｍ離れているウェハ熱処理装置であると、均熱板と有底筒状体との相互の輻射熱によりウェハ載置面の均熱化が容易にできると同時に、外部との断熱効果があるので、載置面が均熱となるまでの時間が短くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイド部材の周辺を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイド部材の周辺を示す断面図である。
【図４】本発明の実施例にウェハ加熱装置の係るガイド部材の周辺を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイド部材の周辺を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイド部材の周辺を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例に係るウェハ加熱装置のガイド部材の周辺を示す断面図である。
【図８】本発明のウェハ加熱装置の別の実施形態を示す断面図である。
【図９】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
２：セラミック基板
３：ウェハ載置面
４：均熱板
５：抵抗発熱体
９：ガイド部材の上端面
１２：ガイド部材
１４：ガイド孔
１９：支持台
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
Ｗ：半導体ウェハ

Claims (7)

1. 上部主面をウェハの戴置面とするセラミック基板と該セラミック基板の内部もしくは下部主面に配置した発熱体とから成る均熱板と、均熱板を貫通する貫通孔を挿通してウェハを昇降させるリフトピンと、前記ウェハリフトピンを挿通して案内するガイド孔を備えたガイド部材と、を含むウェハ加熱装置であって、
   ガイド部材は、貫通孔とガイド孔とが同軸であって、ガイド部材の上端面と均熱板の下部主面とが０．０５〜２ｍｍの範囲で離間するように配置され、
   ガイド部材の上端部が肉厚０．１〜３．０ｍｍの環状で且つ面取りされているウェハ加熱装置。
2. 上記のガイド部材が、セラミック基板の熱伝導率より小さな熱伝導率を有する請求項１に記載のウェハ加熱装置。
3. ガイド部材の熱伝導率がセラミック基板の熱伝導率の５０％以下である請求項２に記載のウェハ加熱装置。
4. ガイド部材は、その上端部に、ガイド部材の下端面より細い先細段部を備え、該先細段部の長さがガイド部材の全長の１／３以上である請求項１乃至３のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
5. ガイド部材は、その上端部に、ガイド部材の下端面より細い先細テーパー部を備え、該先細テーパー部の長さがガイド部材の全長の２／３以上である請求項１乃至３のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
6. ガイド部材が、ステンレス鋼から成る請求項１乃至５のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
7. 上記のウェハ加熱装置が、さらに、ウェハリフトピンを挿通する底部貫通孔を有して上記のガイド部材の下端側を定置する底部と、上部が開口して周縁部に上記の均熱板の周縁部を固定する円筒側面と、を有する筒状の支持台を含む請求項１乃至６のいずれかに記載のウェハ加熱装置。

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