JP3805318B2

JP3805318B2 - Wafer heating device

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Publication number: JP3805318B2
Application number: JP2003080123A
Authority: JP
Inventors: 浩竹之内
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP2004288933A

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、特許文献１には、複数サイズのウェ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、特許文献２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、特許文献３では、ウェ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、特許文献４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】
また、特許文献５では、リフトピンの貫通穴の位置を基板中心から外縁までの距離に対して、中心から１／２以上の距離に設けたウェハ支持部材が開示されている。
【０００６】
〔特許文献１〕特開平１１−１４５１４９号公報
〔特許文献２〕特開１１−４０３３０号公報
〔特許文献３〕特開２００１−２３７０５３号公報
〔特許文献４〕特開２００１−５２９８５号公報
〔特許文献５〕特開２００２−３０５０７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、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によりレジストの反応状態が微妙に異なり微細な回路パターンを形成できないとの課題があり、ウェハの面内温度差を小さくして、しかもウェハを載置した直後からウェハの温度が均一に安定するまでの安定時間が概ね６０秒以下であることが望まれていた。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２、３、４に記載のウェハ支持部材では上記の面内温度差や安定時間が大きく使用できないとの課題があった。
【０００９】
また、特許文献５では、リフトピンの貫通穴の位置を基板中心から外縁までの距離に対して、中心から１／２以上の距離に設けているが、外周方向へ熱の移動の多い外周部に、貫通穴を設ける為、面内温度差を０．５℃以下に小さくできないとの問題があった。
【００１０】
特に、従来の金属製の均熱板を使用したウェハ加熱装置は、均熱板２自体の熱容量が大きいことから、リフトピンの貫通穴の位置が基板中心から外縁までの距離に対して、中心から１／２以上の距離に設けられている場合や、リフトピンのガイド部材が均熱板に接している場合、均熱板のウェハ載置面の温度分布には影響が小さかったが、最近は、均熱板の温度変更の応答性を向上させるため、均熱板をセラミック化し厚みを薄くして熱容量を小さくしていることから、リフトピンの貫通穴の位置での熱引きやガイド部材と板状セラミック体の接触部での熱引きの影響で、均熱板のウェハ載置面の温度差が大きくなるとの課題があった。
【００１１】
また、特許文献３、４に開示されたウェハ加熱装置では、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に逃げる熱が大きいことから、貫通穴２４の周囲でガイド部材２５が接する部分の周辺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いたが、温度変更した際の過渡時のウェハ面内の温度差が大きいとの問題があった。
【００１２】
【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からなる円板状をした均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に抵抗発熱体を有し、前記均熱板の他方の主面に前記抵抗発熱体と電気的に接続した給電部を備えてなり、前記均熱板はその外経の１／２より小さい直径を有する同心円上に３個以上の貫通孔を有し、前記均熱板の貫通孔からウェハリフトピンを上下させることによりウェハの授受を行うようにするとともに、前記均熱板の貫通孔と同心の貫通孔を有するガイド部材と、前記均熱板の他方の主面を覆う支持体とを備え、前記均熱板の貫通孔の内径が２〜８ｍｍであり、前記ウェハリフトピンを案内するためのガイド部材は前記均熱板から離間し、前記ガイド部材の前記均熱板に近接する部分の外径を前記均熱板の貫通孔の内径の２倍以下とし、前記ガイド部材の前記均熱板に対向する面に面取りを施したことを特徴とする。
【００１６】
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ことを特徴とする。
【００１７】
また、前記抵抗発熱体が板状セラミックス体の中心部とその外側の複数の環状部とに分割され、前記均熱板の貫通孔を前記抵抗発熱体の中心部および／または内側の環状部に備えたことを特徴とする。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１（ａ）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、図１（ｂ）はその上面図である。炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とする板状セラミックス体１００からなる円板状をした均熱板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、他方の主面にガラス又は樹脂等からなる絶縁層４を介して抵抗発熱体５を形成したものである。
【００２０】
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り、抵抗発熱体５を中心部とそれを囲む複数の環状部から構成すると好ましい。またパターンの線幅や粗密を調整し、電力密度に分布をつけて均熱性を改善しても良い。
【００２１】
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。
【００２２】
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、ウェハ表面に、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
本発明では上記均熱板２に複数の貫通孔２４を備え、この貫通孔２４からリフトピン２３を上下させることによりウェハＷを上下に移動することができ、ウェハＷを載置面３から離した状態で不図示のハンドリングアーム等でウェハＷの授受をおこなうことができる。
【００２６】
前記貫通孔２４は均熱板２と同心の円上に３個以上有し、前記円の直径ＤＰが均熱板２の外径ＤＫの1／２より小さいことを特徴とする。
【００２７】
前記同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径の1／２より小さいと、貫通孔２４付近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。
【００２８】
前記同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径ＤＫの１／２以上であると、貫通孔２４が均熱板２の外縁部により近く設置され、外縁部からの熱の放散が大きいことから、貫通孔２４からの熱の放散も大きくなり、均熱板２を均一に加熱するには貫通孔２４の周辺の抵抗発熱体５の発熱量を大きくする必要があり、室温に冷えたウェハＷを載置面３に載せた直後の過渡時に、貫通孔２４周辺の温度が急速に変化し、ウェハＷを均一に加熱できないからである。好ましくはＤＰ／ＤＫの値は０．１５〜０．４８であり、更に好ましくは０．１５〜０．３６である。
【００２９】
また、ウェハリフトピン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。
【００３０】
ガイド部材２５周辺の概略構造を図２に示す。貫通孔２４は、内径を２〜８ｍｍとすることが好ましい。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、ウェハを短時間で均一に加熱することができる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、ウェハ処理に有害となる。そのため貫通孔２４の内径が２ｍｍ未満で有れば、ウェハリフトピン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と接触するなどウェハ載置離脱の安定性に欠ける為、特にウェ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、８ｍｍを越えると貫通孔上に非加熱領域が広くなり過ぎて、周囲の抵抗発熱体のＷ密度を調整しても、均熱性を確保できず好ましくない。
【００３３】
また、ガイド部材２５は、均熱板２から離間して設置することが好ましい。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、ウェ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。
【００３４】
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、ウェハ載置面への冷却エアー流入を抑制し、ウェ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、冷却エアーがウェハ載置面に多量に漏れ込み、ウェハ処理部を汚染する可能性があり好ましくない。
【００３５】
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倍以下にすることが好ましい。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る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倍を越えると、均熱板２の貫通孔２４の周囲の熱をより多く奪ってしまう為、結果的に貫通孔２４の直上の温度も下がってしまい好ましくない。
【００３６】
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。
【００３７】
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、ウェハ熱処理に害を与えないからである。
【００３８】
また、前記抵抗発熱体５を中心部とそれを囲む複数の環状部から構成することが好ましく、上記貫通孔２４及びガイド部材２５は前記抵抗発熱体５の中心部および／または内側の環状部に備えることが好ましい。このような配置とすることで、貫通孔２４のない外周部の環状部に備えた抵抗発熱体により均熱板２の周辺部の温度低下を防止することができる。
【００３９】
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。
【００４０】
そして、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２３にて支持したあと、リフトピン２３を降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
【００４１】
次に、給電部６に通電して抵抗発熱体５を発熱させ、絶縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウェハ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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の強度がなくなり抵抗発熱体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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、抵抗発熱体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。
【００４６】
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。
【００４７】
さらに、レジスト膜形成用のウェハ加熱装置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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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と抵抗発熱体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。
【００５２】
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４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。
【００５３】
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を構成する板状セラミックス体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を形成する板状セラミックス体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。
【００５４】
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。
【００５５】
さらに、絶縁層４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。
【００５６】
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。
【００５７】
図１（ａ）では、抵抗発熱体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、抵抗発熱体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。
【００５８】
また、これまで、抵抗発熱体５を均熱板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、均熱板２に内蔵されていても構わない。
【００５９】
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、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。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。
【００６０】
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。
【００６１】
【実施例】
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３３２ｍｍの円盤状をした均熱板２を複数製作し、更に均熱板２の直径と同心円上に５０、１２０、１６０、１６６、１８０、２００ｍｍの位置に、均等に２、３、５箇所貫通孔を形成した均熱板を用意した。この均熱板の貫通孔の直径は、１〜１０ｍｍとした。各均熱板２の一方の主面に絶縁層を被着するため、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の絶縁層とした。
【００６２】
次いで上記絶縁層上に抵抗発熱体を被着するため、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性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の抵抗発熱体を形成した。上記抵抗発熱体は中心部とその外側に環状に３分割して４つの領域のパターン配置は、中心部からそれぞれの分割領域に１、２、４、８の計１５パターン構成とした。しかるのち抵抗発熱体に給電部を導電性接着剤にて固着させることにより、均熱板を製作した。
【００６３】
また、支持体は、厚み２．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる２枚の多層構造部を備え、このうち１枚に、ガス噴射口、熱電対、導通端子、ガイド部材を所定の位置に形成し、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して支持体を準備した。また２枚の多層構造部のうち、均熱板に近い方の多層構造部から均熱板までの距離は８ｍｍ、多層構造部どうしの距離を１５ｍｍとした。その後、前記支持体の上に、均熱板を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、均熱板と支持体が直接当たらないように、断熱部を介在させ、支持体側より弾性体、座金を介在させてナットを螺着することにより弾性的に固定することによりウェハ加熱装置とした。ガイド部材の外径及び内径は、均熱板に対向する部分の内径で２〜１１ｍｍとした。また、均熱板と対向する部分の外径は３〜１２ｍｍとした。また、面取りはこの部分に対する面取りである。
【００６４】
比較用として、同様の方法で、表１の試料番号２５〜２８に記載の試料を準備した。
【００６５】
測温は、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。まず、測温ウェハの測温部が、貫通孔直上にならないように、測温ウェハを載置し、２００℃に３０分保持し、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の各抵抗発熱体への供給電力の出力を調整した。
【００６６】
次に、同じ出力状態を保ったまま、測温ウェハを回転させて、測温ウェハの測温部が貫通孔の直上となる状態で測温を行い、このときの温度最大値と最小値の差を温度ばらつきとして測定した。
【００６７】
次に、ウェハ加熱装置を１５０℃に３０分保持し、その後、室温に冷えた測温用ウェハを載せて、ウェハの平均温度が１５０℃に保持されるまでのウェハ内の最大温度と最小温度との温度差が０．５℃以下となるまでの時間を、温度安定時間として評価した。評価の基準としては、昇温過渡時のウェハＷ面内の最大温度差が０．５℃以下で、温度安定時間が５０秒以下のものが、優れたウェハ加熱装置として使えることがわかった。
【００６８】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【表１】

【００６９】
その同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径ＤＫの１／２より小さい試料番号１〜２４の温度ばらつきは０．５℃以下、過渡時温度安定時間も５０秒以下となり良好な結果を示した。
【００７０】
ただし、試料番号１に示すように、貫通孔２４を設けた同心円の直径が均熱板２の直径の１／４以下でウェハリフトピンが３個の場合は、ウェハを支持するバランスが取りにくく、ウェハが落下する場合があり、好ましくは、貫通孔２４を設けた同心円の直径が均熱板２の直径の１／４以上とし、それ以下では、試料番号２のように貫通孔２４やウェハガイドピンの数を４個以上とし、ウェハ支持を安定化することが望ましい。また、貫通孔２４を２個とした場合、ウェハを２点支持となるため、ウェハが落下する結果となり、貫通孔２４は３個以上設けることが望ましい。
【００７１】
また、貫通孔２４の内径が２〜８ｍｍで、前記ウェハリフトピンを案内するためのガイド部材が前記均熱板から離間し、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２４の内径の２倍以下である試料番号１〜１９は、温度ばらつきは０．３８℃以下、過渡時温度安定時間も４０秒以下となり更に良好な結果を示した。
【００７２】
試料番号２２，２３において、貫通孔２４の直径を９ｍｍ以上としたが、温度ばらつきは０．４５℃で、温度安定時間は５０秒と、やや大きな値が得られた。これば貫通孔２４の周囲の抵抗発熱体の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。
【００７３】
また、試料番号２１において、均熱板２の貫通孔２４の内径を１ｍｍとしたが、リフトピンを上下させた場合にリフトピンが細すぎる事から貫通孔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。よって、貫通孔２４の直径については、２〜８ｍｍの範囲が良好な範囲であるといえる。
【００７４】
また、試料番号２４において、前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径を前記均熱板の貫通孔２４の内径の２．４倍とすると、温度ばらつきは０．５℃で、温度安定時間は５０秒とやや大きな値となった。これは、ガイド部材を均熱板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に対向する面の大きさに影響されるからである。前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径が前記均熱板の貫通孔２４の内径の２倍を越えると、均熱板２の貫通孔２４の周囲の熱をより多く奪ってしまう為、結果的に貫通孔２４の直上の温度も下がってしまい好ましくない。よって、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といえる。
【００７５】
また、ガイド部材２５を均熱板２に接触させると、試料番号２０のように温度ばらつきが０．４５℃とやや大きくなった。これは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、温度ばらつきがやや大きくなったと考えられる。
【００７６】
次に、上記ガイド部材２５の均熱板２に対抗する面に面取りを施した試料番号８〜１０は、同形状で面取りのない試料番号７と比べて、温度ばらつきが０．３０℃以下で温度安定時間が３９秒以下と更に優れた特性を示すことが分った。
【００７７】
特に、Ｎｉ系合金やＡｌ等の耐熱性金属、メッキ処理などを行った耐酸化処理を行った金属、もしくはセラミックスの何れかからなるガイド部材２５は、試料番号１〜２４のように温度ばらつきが０．５℃以下で温度安定時間が５０秒以下と極めて優れた特性を示すことが分った。
【００７８】
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。
【００７９】
更にまた、これら試料番号１〜２４のウェハ加熱装置１の均熱板の貫通孔は何れも中心部の抵抗発熱体やその外側の抵抗発熱体さらにその外側の抵抗発熱体位置に備えられ、最外周の抵抗発熱体位置に均熱板の貫通孔のあった試料番号２７や２８は温度ばらつきが０．８℃、０．９℃と大きく好ましくなかった。
【００８０】
【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からなる円板状をした均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に抵抗発熱体を有し、前記均熱板の他方の主面に前記抵抗発熱体と電気的に接続した給電部を備えてなり、前記均熱板はその外経の１／２より小さい直径を有する同心円上に３個以上の貫通孔を有し、該貫通孔からウェハリフトピンを上下させることによりウェハの授受を行うようにするとともに、前記貫通孔と同心の貫通孔を有するガイド部材と、前記均熱板の他方の主面を覆う支持体とを備え、前記均熱板の貫通孔の内径が２〜８ｍｍであり、前記ウェハリフトピンを案内するための前記ガイド部材は前記均熱板から離間し、前記ガイド部材の前記均熱板に近接する部分の外径を前記均熱板の貫通孔の内径の２倍以下とし、前記ガイド部材の前記均熱板に対向する面に面取りを施したことにより、前記均熱板の貫通孔部分でも温度低下が小さく昇温過渡時の温度ばらつきの小さなウェハ加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ加熱装置のガイド部材周辺を示す断面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ウェハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：抵抗発熱体
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：半導体ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer heating apparatus mainly used for heating a wafer. For example, a thin film is formed on a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal device or a circuit board, or a resist solution applied on the wafer. The present invention relates to a wafer heating apparatus suitable for forming a resist film by dry baking.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor thin film manufacturing process, a semiconductor thin film forming process, an etching process, a resist film baking process, and the like, a wafer heating apparatus is used to heat a semiconductor wafer (hereinafter abbreviated as a wafer).
[0003]
Conventional semiconductor manufacturing equipment used batch-type processing that forms multiple wafers together, but with the miniaturization of semiconductor device wiring, it is necessary to improve the accuracy of wafer heat treatment temperature. Single-wafer type heat treatment devices that are superior in the field of use have come to be widely used.
[0004]
For example, Patent Document 1 introduces a heat treatment apparatus capable of performing heat treatment on a plurality of size wafers. Patent Document 2 introduces a heat treatment apparatus excellent in temperature control. Further, Patent Document 3 introduces a heating apparatus having excellent wafer heating uniformity. Patent Document 4 introduces a heating device that can cool uniformly in a short time.
[0005]
Further, Patent Document 5 discloses a wafer support member in which the position of the through hole of the lift pin is provided at a distance of 1/2 or more from the center with respect to the distance from the substrate center to the outer edge.
[0006]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 11-145149
[Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-40330
[Patent Document 3] Japanese Patent Laid-Open No. 2001-237053
[Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-52985
[Patent Document 5] JP 2002-305073 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in chemically amplified resists that have begun to be used with the miniaturization of wiring of semiconductor elements, the reaction state of the resist is caused by a transient temperature history from the moment the wafer is placed on the heat treatment apparatus to the end of the heat treatment. There is a problem that a fine circuit pattern cannot be formed slightly differently, and the in-plane temperature difference of the wafer is reduced, and the stabilization time from immediately after placing the wafer until the temperature of the wafer is uniformly stabilized is approximately 60. It was desired to be less than a second.
[0008]
However, the wafer support members described in

Patent Documents

1, 2, 3, and 4 have a problem that the in-plane temperature difference and the stabilization time cannot be used greatly.
[0009]
In Patent Document 5, the position of the through hole of the lift pin is provided at a distance of 1/2 or more from the center with respect to the distance from the center of the substrate to the outer edge. Since the through hole is provided, there is a problem that the in-plane temperature difference cannot be reduced to 0.5 ° C. or less.
[0010]
In particular, in the conventional wafer heating apparatus using a metal soaking plate, the heat capacity of the soaking plate 2 itself is large, so that the position of the through hole of the lift pin is from the center to the distance from the center of the substrate to the outer edge. When it is provided at a distance of 1/2 or more, or when the guide member of the lift pin is in contact with the soaking plate, the temperature distribution on the wafer mounting surface of the soaking plate has little effect, but recently, In order to improve the responsiveness of the temperature change of the heat equalizing plate, the heat equalizing plate is made of ceramic and the thickness is reduced to reduce the heat capacity. There has been a problem that the temperature difference between the wafer mounting surfaces of the soaking plate becomes large due to the influence of heat at the contact portion of the ceramic body.
[0011]
Moreover, in the wafer heating apparatus disclosed in

Patent Documents

3 and 4, as shown in FIG. 4, since the guide member 25 of the lift pin is in contact with the ceramic soaking plate 2, the heat escaping to the guide member 25 is generated. Because of its large size, the resistance distribution of the resistance heating element has been adjusted so that the amount of heat generated around the portion where the guide member 25 is in contact with the periphery of the through-hole 24 is increased. There was a problem that the temperature difference was large.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  As a result of intensive studies on the above-mentioned problems, the inventors have made one main surface of a disc-shaped heat equalizing plate made of a plate-like ceramic body a wafer mounting surface and resisted the other main surface or the inside thereof. A heating part, and a power feeding part electrically connected to the resistance heating element on the other main surface of the soaking plate, wherein the soaking plate has a diameter smaller than ½ of its outer diameter. 3 or more through holes on concentric circlesThe wafer lift pin is moved up and down from the through hole of the heat equalizing plate, and the wafer is exchanged, a guide member having a through hole concentric with the through hole of the heat equalizing plate, and the heat equalizing plate And a guide member for guiding the wafer lift pins is spaced apart from the heat equalizing plate, and the guide member is provided with a support body that covers the other main surface. The outer diameter of the portion adjacent to the heat equalizing plate is set to be not more than twice the inner diameter of the through hole of the heat equalizing plate, and the surface of the guide member facing the heat equalizing plate is chamfered.To do.
[0016]
Further, the guide member is made of any one of an Ni-based alloy, an oxidation-resistant metal such as Al, a metal subjected to an oxidation-resistant treatment such as a plating treatment, or ceramics.
[0017]
  The resistance heating element includes a central portion of the plate-shaped ceramic body and a plurality of annular portions outside the central portion.WhenDivided into the aboveSoaking plateThrough holeTheThe resistance heating element is provided in a central portion and / or an inner annular portion.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
FIG. 1A is a sectional view showing an example of a wafer heating apparatus 1 according to the present invention, and FIG. 1B is a top view thereof. One main surface of the plate-shaped heat equalizing plate 2 made of the plate-like ceramic body 100 mainly composed of silicon carbide or aluminum nitride is used as the mounting surface 3 on which the wafer W is placed, and the other main surface is mounted on the other main surface. A resistance heating element 5 is formed through an insulating layer 4 made of glass or resin.
[0020]
The pattern shape of the resistance heating element 5 may be any pattern shape that can heat the mounting surface 3 uniformly, such as a substantially concentric circle shape or a spiral shape. In order to improve the thermal uniformity, the resistance heating element 5 can be divided into a plurality of patterns. The resistance heating element 5 is preferably composed of a central portion and a plurality of annular portions surrounding it. Further, the line width and density of the pattern may be adjusted to improve the soaking property by distributing the power density.
[0021]
The resistance heating element 5 is formed with a power feeding portion 6 made of a material such as gold, silver, palladium, platinum or the like, and the conduction terminal 11 is pressed and brought into contact with the power feeding portion 6 by the elastic body 21 to ensure conduction. Has 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.
[0022]
Further, the bolt 16 is passed through the outer periphery of the heat equalizing plate 2 and the support 7, and the heat insulating portion 17 is interposed so that the heat equalizing plate 2 and the support 7 do not directly contact each other, and the elastic body 18 from the support 7 side. The nut 20 is screwed through the washer 19 so as to be elastically fixed. As a result, even if the support 7 is deformed when the temperature of the soaking plate 2 fluctuates, it is absorbed by the elastic body 18, thereby suppressing the warping of the soaking plate 2, and so It becomes possible to prevent the occurrence of temperature variations due to the warp of the hot plate 2.
[0023]
In addition, the metal support body 7 has the side wall part 9 and the multilayer structure part 10, and the soaking | uniform-heating board 2 is installed so that the upper part facing the multilayer structure part 10 may be covered. Further, the multilayer structure portion 10 is provided with an opening 14 for discharging cooling gas, and a conduction terminal 11 for conducting electricity to the power supply portion 6 for supplying power to the resistance heating element 5 of the soaking 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 installed.
[0024]
Furthermore, the multilayer structure portion 10 is composed of a plurality of layers, and the uppermost layer of the multilayer structure portion 10 is preferably installed at a distance of 5 to 15 mm from the soaking plate 2. This is because heat equalization is facilitated by the radiant heat between the heat equalizing plate 2 and the multilayer structure 10 and, at the same time, there is a heat insulating effect with other layers, so that the time until the heat equalizing is shortened.
[0025]
In the present invention, the soaking plate 2 is provided with a plurality of through holes 24, and the wafer W can be moved up and down by moving the lift pins 23 up and down from the through holes 24. The wafer W is separated from the mounting surface 3. In this state, the wafer W can be exchanged with a handling arm (not shown).
[0026]
There are three or more through holes 24 on a circle concentric with the soaking plate 2, and the diameter DP of the circle is smaller than 1/2 of the outer diameter DK of the soaking plate 2.
[0027]
When the concentric diameter DP is smaller than 1/2 of the soaking plate 2, the temperature variation in the vicinity of the through hole 24 can be suppressed, and the wafer can be uniformly heated in a short time.
[0028]
When the diameter DP of the concentric circle is ½ or more of the diameter DK of the soaking plate 2, the through hole 24 is installed closer to the outer edge portion of the soaking plate 2, and heat dissipation from the outer edge portion is large. The heat dissipation from the through holes 24 also increases, and in order to heat the soaking plate 2 uniformly, it is necessary to increase the amount of heat generated by the resistance heating element 5 around the through holes 24, and the wafer W cooled to room temperature is removed. This is because the temperature around the through hole 24 changes rapidly during the transition immediately after being placed on the placement surface 3, and the wafer W cannot be heated uniformly. The DP / DK value is preferably 0.15 to 0.48, more preferably 0.15 to 0.36.
[0029]
A guide member 25 is installed so that the wafer lift pins 23 do not directly contact the soaking plate 2.
[0030]
A schematic structure around the guide member 25 is shown in FIG. The through hole 24 preferably has an inner diameter of 2 to 8 mm. If it exists in this range, the temperature dispersion | variation near the through-hole 24 can be suppressed, and a wafer can be heated uniformly in a short time.
[0031]
The outer diameter of the lift pin 23 is preferably 0.2 mm or more smaller than the inner diameter of the through hole 24 and the inner diameter dimension of the guide member 25. If it is too close, it will come into contact.
[0032]
The contact causes heat pulling and inhibits soaking, and the contact portion is worn and dust is generated to contaminate the atmosphere, which is harmful to wafer processing. Therefore, if the inner diameter of the through hole 24 is less than 2 mm, the wafer lift pin 23 becomes too thin, so that sufficient rigidity cannot be ensured, and the stability of the wafer placement and removal such as contact with the soaking plate 2 and the guide member 25 is improved. It is not preferable because it lacks, and in particular, variation occurs in the transient thermal history of the wafer. On the other hand, if the thickness exceeds 8 mm, the non-heated area becomes too wide on the through hole, and even if the W density of the surrounding resistance heating element is adjusted, it is not preferable because the heat uniformity cannot be secured.
[0033]
Further, it is preferable that the guide member 25 be installed apart from the soaking plate 2. By separating, it is possible to prevent heat pulling from the soaking plate 2 and to ensure good soaking properties. If they are in contact, the heat of the soaking plate 2 is attracted to the guide member 25 and a partial temperature drop occurs, thereby inhibiting the soaking property of the wafer heating. Moreover, the temperature of the guide member 25 also rises and is distorted.
[0034]
More preferably, the separation distance between the soaking plate 2 and the guide member 25 is 0.1 to 2 mm. By doing so, even when cooling air is introduced without contact between the guide member 25 and the heat equalizing plate 2 due to a difference in thermal expansion when the temperature is raised, the inflow of cooling air to the wafer mounting surface is suppressed. In addition, the wafer processing unit is not contaminated. If the separation distance is less than 0.1 mm, the guide member 25 and the soaking plate 2 may partially come into contact with each other due to thermal expansion when the temperature rises. When the above is introduced, there is a possibility that a large amount of cooling air leaks into the wafer mounting surface and contaminates the wafer processing section, which is not preferable.
[0035]
  Further, it is preferable that the outer diameter of the surface of the guide member 25 facing the soaking plate 2 is not more than twice the inner diameter of the through hole 24. By separating the guide member 25 from the soaking plate 2,RuAlthough the thermal contraction is alleviated, the thermal contraction due to radiation is affected by the size of the surface facing the soaking plate 2. Therefore, the necessary heat uniformity can be ensured by setting the outer diameter of the guide member 25 to be equal to or less than twice that of the through hole 24. On the other hand, if it exceeds twice, the through-hole of the soaking plate 224As a result, more heat is taken away from the surroundings, resulting in a through hole 24ofThe temperature immediately above also decreases, which is not preferable.
[0036]
Furthermore, as shown in FIG. 2B, it is also desirable to chamfer 25a on the surface of the guide member 25 that faces the heat equalizing plate 2. Compared to the case where there is no chamfering, the heat transmitted from the heat equalizing plate 2 to the guide member 25 by radiation can be further suppressed by chamfering, and the heat equalization can be further improved. More preferably, it is desirable to chamfer 25a which is 1/3 or more of the thickness of the guide member 25.
[0037]
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 ceramics. This is because no corrosion or harmful gas is generated at a high temperature, and the wafer heat treatment is not harmed.
[0038]
The resistance heating element 5 is preferably composed of a central part and a plurality of annular parts surrounding the central part, and the through hole 24 and the guide member 25 are formed in the central part and / or the inner annular part of the resistance heating element 5. It is preferable to provide. By adopting such an arrangement, it is possible to prevent a temperature drop in the peripheral portion of the soaking plate 2 by the resistance heating element provided in the annular portion of the outer peripheral portion without the through hole 24.
[0039]
Further, work such as placing the wafer W on the placement surface 3 or lifting it from the placement surface 3 is performed by lift pins 23 installed in the support body 7 so as to be movable up and down. The wafer W is held in a state of being lifted from the mounting surface 3 by the wafer support pins 8 so as to prevent temperature variation due to contact with each other.
[0040]
In order to heat the wafer W by the wafer heating device 1, the wafer W carried to the upper side of 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 is then placed on the placement surface 3.
[0041]
Next, the power supply unit 6 is energized to cause the resistance heating element 5 to generate heat, and the wafer W on the mounting surface 3 is heated via the insulating layer 4 and the heat equalizing plate 2. According to the present invention, Since the support body 1 includes the multilayer structure portion 14, the multilayer structure portion 14 adjacent to the soaking plate 2 can be used as a heat radiation plate of the soaking plate 2, so that the soaking plate 2 can be effectively used in a short time. Soaking can be performed.
[0042]
  Furthermore, since the soaking plate 2 is formed of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body, even when heat is applied, deformation is small and the plate thickness can be reduced. It is possible to shorten the heating time until the cooling and the cooling time until cooling to a room temperature from the predetermined processing temperature, and it is possible to increase productivity,(m ・ K)Since it has the above thermal conductivity, Joule heat of the resistance heating element 5 can be quickly transmitted even with a thin plate thickness, and the temperature variation of the mounting surface 3 can be extremely reduced.
[0043]
The thickness of the soaking plate 2 is preferably 2 to 7 mm. If 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 the cooling fluid from the fluid injection port 12 is blown when heated by the heat generated by the resistance heating element 5, the thermal stress during cooling is reduced. It cannot endure, and a crack occurs in the soaking plate 2. On the other hand, if the thickness of the soaking plate 2 exceeds 7 mm, the heat capacity of the soaking plate 2 becomes large, so that it takes a long time to stabilize the temperature during heating and cooling, which is not preferable.
[0044]
As described above, when the heat capacity of the soaking plate 2 is reduced, the temperature distribution of the soaking plate 2 is deteriorated due to the heat drawn from the support 7. Therefore, the support 7 has a structure for holding the soaking plate 2 at the outer periphery thereof.
[0045]
As for the method of supplying power to the resistance heating element 5, the conductive terminal 11 is pressed by a spring (not shown) against the power supply portion 6 formed on the surface of the soaking plate 2 with the conductive terminal 11 installed on the support 7. Secure the connection and supply power. This is because when the terminal portion made of metal is embedded in the soaking plate 2 having a thickness of 2 to 7 mm, the soaking property is deteriorated due to the heat capacity of the terminal portion. Therefore, as in the present invention, by pressing the conductive terminal 11 with a spring to ensure electrical connection, the thermal stress due to the temperature difference between the soaking plate 2 and its support 7 is alleviated, and high reliability is achieved. Can maintain electrical continuity. Further, an elastic conductor may be inserted as an intermediate layer in order to prevent the contact from becoming a point contact. This intermediate layer is effective by simply inserting a foil-like sheet. And it is preferable that the diameter by the side of the electric power feeding part 6 of the conduction terminal 7 shall be 1.5-5 mm.
[0046]
Further, 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 responsiveness and workability of holding. The tip of the thermocouple 13 is formed with a hole in the soaking plate 2, and is pressed and fixed to the inner wall surface of a cylindrical metal body installed therein by a spring material to improve the reliability of temperature measurement. Therefore, it is preferable. Similarly, it is also possible to perform temperature measurement by embedding a temperature measuring resistor such as a thermocouple of a wire or Pt.
[0047]
Furthermore, when used as a wafer heating apparatus 1 for forming a resist film, if the main component of the soaking plate 2 is silicon carbide, it does not react with moisture in the atmosphere and does not generate a gas. Even if the resist film is used for application to the top, fine wirings can be formed at high density without adversely affecting the structure of the resist film. At this time, it is necessary that the sintering aid does not contain nitrides that may react with water to form ammonia or amines.
[0048]
The silicon carbide-based sintered body forming the soaking plate 2 may contain boron (B) and carbon (C) as sintering aids or silicon (Al) as the main component silicon carbide.₂O₃) Yttria (Y₂O₃It is obtained by adding a metal oxide such as), mixing well, processing into a flat plate, and firing at 1900-2100 ° C. Silicon carbide may be either mainly α-type or β-type.
[0049]
Further, the aluminum nitride sintered body forming the soaking plate 2 is used as a sintering aid for the main component aluminum nitride.₂O₃And Yb₂O₃It is obtained by adding a rare earth element oxide such as CaO and an alkaline earth metal oxide such as CaO as necessary and mixing them well, processing into a flat plate shape, and then firing at 1900 to 2100 ° C. in nitrogen gas.
[0050]
Furthermore, the main surface opposite to the mounting surface 3 of the heat equalizing plate 2 has a flatness of 20 μm or less and a surface roughness with a center line average roughness from the viewpoint of improving the adhesion to the insulating layer 4 made of glass or resin. It is preferable that (Ra) be polished to 0.1 μm to 0.5 μm.
[0051]
On the other hand, when the silicon carbide sintered body is used as the soaking plate 2, glass or resin is used as the insulating layer 4 that maintains insulation between the soaking plate 2 having semiconductivity and the resistance heating body 5. When glass is used, if the thickness is less than 100 μm, the withstand voltage is less than 1.5 kV and the insulation cannot be maintained. Conversely, if the thickness exceeds 400 μm, silicon carbide forming the soaking plate 2 Since the thermal expansion difference between the sintered material and the sintered aluminum nitride material becomes 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 desirably in the range of 200 μm to 350 μm.
[0052]
When the soaking plate 2 is formed of a sintered body mainly composed of aluminum nitride, the insulating layer 4 made of glass is formed in order to improve the adhesion of the resistance heating element 5 to the soaking plate 2. To do. However, when sufficient glass is added in the resistance heating element 5 and sufficient adhesion strength can be obtained by this, it can be omitted.
[0053]
The glass forming the insulating layer 4 may be crystalline or amorphous, and has a heat expansion coefficient of 200 ° C. or higher and a thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C. to 200 ° C. -5 to + 5 × 10 with respect to the thermal expansion coefficient of the plate-shaped ceramic body^-7It is preferable to select and use one in the range of / ° C. That is, if glass having a coefficient of thermal expansion outside the above range is used, the difference in thermal expansion from the plate-like ceramic body forming the soaking plate 2 becomes too large. This is because the defect is likely to occur.
[0054]
As a means for depositing the insulating layer 4 made of glass on the soaking plate 2, an appropriate amount of the glass paste is dropped on the center of the soaking plate 2 and stretched by a spin coating method to be uniformly applied, Or after applying uniformly 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 higher. When glass is used as the insulating layer 4, the soaking plate 2 made of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body is heated to a temperature of about 850 to 1300 ° C. in advance, and the insulating layer 4 is deposited. By oxidizing the surface, the adhesion with the insulating layer 4 made of glass can be enhanced.
[0055]
Further, as a material for the resistance heating element 5 to be deposited on the insulating layer 4, a simple metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd), or the like can be formed by vapor deposition or plating. Direct deposition, or the metal alone or rhenium oxide (Re₂O₃), Lanthanum manganate (LaMnO)₃) And other conductive metal oxides or a paste in which the above metal material is dispersed in a resin paste or glass paste, printed in a predetermined pattern shape by screen printing or the like, and baked to obtain the conductive material. What is necessary is just to combine 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 crystallized glass is preferably used in order to suppress a change in resistance value due to thermal cycling.
[0056]
However, when silver (Ag) or copper (Cu) is used for the resistance heating element 5 material, migration may occur. In such a case, the same as the insulating layer 4 so as to cover the resistance heating element 5 The coating layer made of the above material may be coated with a thickness of about 40 to 400 μm.
[0057]
In FIG. 1A, the conduction terminal 11 is pressed against the resistance heating element 5 by the elastic body 21 in the power feeding unit 6 to ensure conduction. The power feeding unit 6 may be formed by applying and curing a conductive adhesive on the terminal portion of the resistance heating element 5.
[0058]
In addition, the wafer heating apparatus 1 of the type that forms the resistance heating element 5 on the surface of the soaking plate 2 has been described so far. However, the resistance heating element 5 may be incorporated in the soaking plate 2.
[0059]
For example, in the case of using a soaking plate 2 whose main component is aluminum nitride, first, W or WC is used as the material of the resistance heating element 5 from the viewpoint of a material that can be fired simultaneously with aluminum nitride. Use. The soaking plate 2 is formed into a disk shape after sufficiently mixing raw materials containing aluminum nitride as a main component and appropriately containing a sintering aid, and a paste made of W or WC is formed into a pattern shape of the resistance heating element 5 on the surface thereof. It can be obtained by printing and stacking another aluminum nitride molded body on top of it, and then firing it at a temperature of 1900-2100 ° C. in nitrogen gas.
[0060]
Conduction from the resistance heating element 5 may be achieved by forming a through hole in an aluminum nitride base material, filling a paste made of W or WC, and then firing the electrode so that the electrode is drawn to the surface. In addition, when the heating temperature of the wafer W is high, the power feeding unit 6 applies a paste mainly composed of a noble metal such as Au or Ag on the through hole and bakes it at 900 to 1000 ° C. The oxidation of the body 5 can be prevented.
[0061]
【Example】
  A silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 130 W / (m · K) is ground to produce a plurality of soaking plates 2 having a disk thickness of 3 mm and an outer diameter of 332 mm. A soaking plate in which 2, 3, and 5 through-holes were evenly formed at positions of 50, 120, 160, 166, 180, and 200 mm on a concentric circle with the diameter of was prepared.Of this soaking plateThe diameter of the through hole was 1 to 10 mm. In order to deposit an insulating layer on one main surface of each soaking plate 2, glass paste prepared by kneading a binder composed of ethyl cellulose and terpineol of an organic solvent into glass powder is printed by a screen printing method. After drying the organic solvent by heating to ℃, degreasing treatment was performed at 550 ° C. for 30 minutes, and further baking was performed at a temperature of 700 to 900 ° C. to obtain an insulating layer made of glass having a thickness of 200 μm.
[0062]
Next, in order to deposit a resistance heating element on the insulating layer, a conductive paste produced by kneading a glass paste to which Au powder, Pd powder and a binder having the same composition as described above are added as a conductive material is screen-printed. After printing in a predetermined pattern shape at 150 ° C., the organic solvent is dried by heating to 150 ° C., degreased at 550 ° C. for 30 minutes, and then baked at a temperature of 700 to 900 ° C. A resistance heating element having a thickness of 50 μm was formed. The resistance heating element is annularly divided into three in the central portion and the outside thereof, and the pattern arrangement of the four regions has a total of 15 patterns of 1, 2, 4, and 8 from the central portion to the respective divided regions. After that, a heat equalizing plate was manufactured by fixing the power feeding portion to the resistance heating element with a conductive adhesive.
[0063]
  In addition, the support body is provided with two multilayer structures made of stainless steel (SUS304) having a thickness of 2.5 mm, and a gas injection port, a thermocouple, a conduction terminal, and a guide member are formed at predetermined positions on one of them. Then, a support body was prepared by fixing it with a side wall portion made of SUS304 by screw tightening. Of the two multilayer structures, the distance from the multilayer structure closer to the soaking plate to the soaking plate was 8 mm, and the distance between the multilayer structures was 15 mm. Thereafter, a heat equalizing plate is overlaid on the support, a bolt is passed through the outer periphery thereof, a heat insulating portion is interposed so that the heat equalizing plate and the support do not directly contact, and an elastic body, a washer from the support side. A wafer heating device was obtained by elastically fixing the nut by screwing it in between. The outer diameter and inner diameter of the guide member were 2 to 11 mm as the inner diameter of the portion facing the soaking plate. Also, the outer diameter of the part facing the soaking plateIs 3˜12 mm. Further, the chamfer is a chamfer for this portion.
[0064]
For comparison, samples described in sample numbers 25 to 28 in Table 1 were prepared in the same manner.
[0065]
The temperature measurement was performed using a temperature measuring wafer in which a resistance temperature detector was embedded in 29 locations. First, place the temperature measurement wafer so that the temperature measurement part of the temperature measurement wafer is not directly above the through hole, hold it at 200 ° C for 30 minutes, and keep the wafer so that the overall temperature variation is 0.3 ° C or less. The output of power supplied to each resistance heating element of the heating device was adjusted.
[0066]
Next, while keeping the same output state, rotate the temperature measuring wafer, and measure the temperature with the temperature measuring part of the temperature measuring wafer directly above the through hole. The difference was measured as temperature variation.
[0067]
Next, hold the wafer heating device at 150 ° C. for 30 minutes, and then place the temperature measuring wafer cooled to room temperature, and the maximum and minimum temperatures in the wafer until the average temperature of the wafer is held at 150 ° C. The time until the temperature difference between and became 0.5 ° C. or less was evaluated as the temperature stabilization time. As a criterion for evaluation, it was found that a wafer having a maximum temperature difference in the wafer W surface during a temperature rising transient of 0.5 ° C. or less and a temperature stabilization time of 50 seconds or less can be used as an excellent wafer heating apparatus.
[0068]
  Each result is as shown in Table 1..
[Table 1]

[0069]
Samples 1 to 24 whose concentric diameter DP is smaller than ½ of the diameter DK of the soaking plate 2 have a temperature variation of 0.5 ° C. or less and a transient temperature stabilization time of 50 seconds or less, indicating a good result. .
[0070]
However, as shown in the sample number 1, when the diameter of the concentric circle provided with the through hole 24 is ¼ or less of the diameter of the soaking plate 2 and three wafer lift pins, it is difficult to balance the wafer support, In some cases, the wafer may fall. Preferably, the diameter of the concentric circle provided with the through hole 24 is not less than 1/4 of the diameter of the soaking plate 2, and below that, the through hole 24 and the wafer guide as in the sample number 2 It is desirable to stabilize the wafer support by using four or more pins. Further, when the number of the through holes 24 is two, the wafer is supported at two points, so that the wafer falls, and it is desirable to provide three or more through holes 24.
[0071]
  The through hole 24 has an inner diameter of 2 to 8 mm, a guide member for guiding the wafer lift pins is separated from the heat equalizing plate, and an outer diameter of a portion of the guide member adjacent to the heat equalizing plate is set to the through hole.24Sample Nos. 1-19, which are less than twice the inner diameter, have a temperature variation of 0.38 ° C. or less and a temperature stabilization time during transition.4The result was even better with 0 seconds or less.
[0072]
In sample numbers 22 and 23, the diameter of the through-hole 24 was set to 9 mm or more, but the temperature variation was 0.45 ° C., and the temperature stabilization time was 50 seconds, which was a slightly large value. This is because the non-heated area becomes too wide to adjust even if the W density of the resistance heating element around the through hole 24 is increased.
[0073]
  In sample No. 21, the inner diameter of the through hole 24 of the soaking plate 2The1mm, but lift pin when lift pin is moved up and downButSince it is too thin, it contacts the through hole 24 and causes particulates, which is not preferable. Therefore, about the diameter of the through-hole 24, it can be said that the range of 2-8 mm is a favorable range.
[0074]
  In sample number 24, the outer diameter of the portion of the guide member adjacent to the heat equalizing plate isSoaking plateThrough hole24When the inner diameter was 2.4 times, the temperature variation was 0.5 ° C., and the temperature stabilization time was 50 seconds, which was a slightly large value. This is because the thermal contraction is alleviated by conduction by separating the guide member from the soaking plate, but the thermal contraction by radiation is affected by the size of the surface facing the soaking plate.RuBecause. The outer diameter of the portion of the guide member adjacent to the soaking plate is theSoaking plateThrough hole24If the inner diameter exceeds twice, the through-hole of the soaking plate 224As a result, more heat is taken away from the surroundings, resulting in a through hole 24ofThe temperature immediately above also decreases, which is not preferable. Therefore, it can be said that the required heat uniformity can be ensured by making the outer diameter of the guide member 25 equal to or less than twice that of the through hole 24.
[0075]
Further, when the guide member 25 was brought into contact with the soaking plate 2, the temperature variation was a little as large as 0.45 ° C. as in the sample number 20. This is considered to be due not only to the temperature drop directly above the through-hole 24 but also the ambient temperature due to unnecessary heat pulling, and the temperature variation slightly increased.
[0076]
Next, Sample Nos. 8 to 10 where the surface of the guide member 25 facing the soaking plate 2 is chamfered have a temperature variation of 0.30 ° C. or less compared to Sample No. 7 having the same shape and no chamfer. It has been found that the temperature stability time is 39 seconds or less, which shows more excellent characteristics.
[0077]
In particular, the guide member 25 made of any one of a heat-resistant metal such as an Ni-based alloy or Al, a metal subjected to an oxidation resistance treatment such as a plating treatment, or ceramics has a temperature variation as in sample numbers 1 to 24. It has been found that the temperature stability time is 50 seconds or less at 0.5 ° C. or less and extremely excellent characteristics are exhibited.
[0078]
Further, since the guide member was made of SUS, which is a Ni-based heat-resistant metal, even after the temperature was raised to 250 ° C., no change or deterioration such as corrosion was observed, and the good state was maintained. It goes without saying that the same effect can be obtained even with an oxidation resistant metal such as Al or a metal member or ceramic member subjected to an oxidation resistance treatment such as Ni plating.
[0079]
  Furthermore, the wafer heating devices 1 of these sample numbers 1 to 24 are used.Soaking plateEach of the through holes is provided at the resistance heating element in the central portion, the resistance heating element on the outer side, and the resistance heating element on the outermost side.Soaking plateSample Nos. 27 and 28 having through holes were not preferable because of temperature variations of 0.8 ° C. and 0.9 ° C., respectively.
[0080]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention, one main surface of a plate-shaped heat equalizing plate made of a plate-shaped ceramic body is used as a wafer mounting surface, and a resistance heating element is provided on the other main surface or inside. And the other main surface of the heat equalizing plate is provided with a power feeding portion electrically connected to the resistance heating element, and the heat equalizing plate is arranged on a concentric circle having a diameter smaller than ½ of its outer diameter. Has more than one through holeThe wafer is transferred by moving the wafer lift pins up and down from the through hole, and the guide member having the through hole concentric with the through hole and the other main surface of the soaking plate are supported. The inner diameter of the through hole of the heat equalizing plate is 2 to 8 mm, and the guide member for guiding the wafer lift pin is separated from the heat equalizing plate and close to the heat equalizing plate of the guide member The outer diameter of the portion to be made is less than twice the inner diameter of the through hole of the heat equalizing plate, and the surface of the guide member facing the heat equalizing plate is chamfered.Byin frontRecordSoaking plateA wafer heating apparatus in which the temperature drop is small even in the through-hole portion and the temperature variation during temperature rise transient is small can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a sectional view showing an example of a wafer heating apparatus of the present invention, and FIG. 1B is a top view thereof.
FIGS. 2A and 2B are sectional views showing the periphery of a guide member of a wafer heating apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Wafer heating device
2: Soaking plate
3: Placement surface
4: Insulating layer
5: Resistance heating element
6: Feeder
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: Heat insulation part
18: Elastic body
19: Washer
20: Nut
21: Elastic body
23: Lift pin
24: Through hole
25: Guide member
W: Semiconductor wafer

Claims

One main surface of a plate-shaped heat equalizing plate made of a plate-shaped ceramic body is used as a wafer mounting surface, and the other main surface or inside has a resistance heating element, and the other main surface of the heat equalizing plate. wherein it comprises a resistive heating element and the power feeding portion electrically connected, the heat equalizing plate may have a three or more through-holes on a concentric circle having a half diameter smaller than the outer diameter, the A wafer is transferred by moving a wafer lift pin up and down from the through hole, and includes a guide member having a through hole concentric with the through hole, and a support body covering the other main surface of the heat equalizing plate. The inner diameter of the through hole of the heat equalizing plate is 2 to 8 mm, and the guide member for guiding the wafer lift pin is separated from the heat equalizing plate, and the portion of the guide member adjacent to the heat equalizing plate is The outer diameter is not more than twice the inner diameter of the through hole of the heat equalizing plate, Wafer heating apparatus being characterized in that chamfered surface facing the said soaking plate in serial guide member.

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

The resistance heating element is divided into a plurality of annular portions of its outer center portion of the plate-shaped ceramic body, comprising a through-hole of the soaking plate in the center and / or the inner annular portion of the resistance heating element wafer heating apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the.