JP3847045B2

JP3847045B2 - セラミックヒーターとその製造方法及びこれを用いたウエハ加熱装置

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Publication number: JP3847045B2
Application number: JP2000050976A
Authority: JP
Inventors: 智田中
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Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2020-02-28
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウエハを加熱するのに用いるウエハ加熱装置及びこれに用いるセラミックヒーターとその製造方法に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶基板あるいは回路基板等のウエハ上に半導体薄膜を生成したり、前記ウエハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成するのに好適なウェハ加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウエハ（以下、ウエハと略す）を加熱するためにウエハ加熱装置が用いられている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、まとめて複数のウエハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウエハの大きさが８インチから１２インチと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、一枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる手法が近年実施されている。しかしながら、枚葉式にすると１回当たりの処理数が減少するため、ウエハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウエハ支持部材に対して、ウエハの加熱時間の短縮、ウエハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度精度の向上が要求されていた。
【０００４】
上記のようなウエハ加熱装置の例として、例えば特開平１１−４０３３０号公報に「窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックスからなる板状体の表面に、金属粒子を焼結して形成した発熱体を設けてなることを特徴とするヒーター」が示されている。
【０００５】
このセラミックヒーターは、ウエハ表面に形成された感光性樹脂を乾燥させるヒーターである。この構造を図４を用いて説明すると、セラミックスからなる均熱板３２の表面に金、銀、白金、パラジウム、鉛、タングステン、ニッケルから選ばれる１種以上の金属粒子を焼結させた金属粒子焼結体３４とＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種以上の金属からなる金属被覆層３４からなる発熱抵抗体３５が形成されている。また、金属粒子焼結体３４には、窒化物セラミックスおよび炭化物セラミックスに前記金属粒子を密着させるために金属酸化物を含ませることが示されている。また、窒化物セラミックスおよび炭化物セラミックスの表面に形成されている薄い酸化膜が、金属粒子表面の酸化膜および前記金属酸化物と反応して発熱抵抗体５の密着性が向上することが示されている。また、導通端子３７がハンダ３６により発熱抵抗体３５に固定されている。そして、ウエハＷはリフトピン３９により均熱板３２と離間して設置されることが示されている。
【０００６】
窒化アルミニウム質セラミックスと炭化珪素質セラミックスは、両者とも熱伝導率が高いので均熱性を必要とする半導体ウエハ加熱装置用の均熱板３２の材料としては好適であるが、感光性樹脂からなる膜をウエハＷの上に形成し乾燥させる工程に使用される均熱板３２の材料としては、炭化珪素質セラミックスの方が優れている。これは、窒化アルミニウム質セラミックスの場合、窒化アルミニウムが空気中の水分と反応してアンモニアガスを発生させ、これが感光性樹脂に悪影響を与えるからである。そこで、感光性樹脂の乾燥工程に使用される均熱板３２としては、炭化珪素質セラミックスの方が有用である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、均熱板の基材として炭化珪素質セラミックスを用いた場合、炭化珪素質セラミックスと発熱抵抗体との間の絶縁層を形成することが困難であった。例えば、絶縁層としてＡｕ−Ｐｔ混合粉末にガラスを混合したペーストを炭化珪素質セラミックスの表面にプリント法により形成し焼結させようとすると、発熱抵抗体に添加しているガラス成分が炭化珪素に濡れず発熱抵抗体が容易に剥離してしまうという問題があった。そこで、Ｘ線電子分校分析により、炭化珪素質セラミックスの表面をスパッタリングしながら酸化皮膜の厚みを分析してみたところ、酸化皮膜の厚みは、２０〜３０ｎｍ程度と非常に薄いことが判った。
【０００８】
また、発熱抵抗体を形成する際に、これをプリントする絶縁層の平坦度が悪いとプリントした発熱抵抗体に厚みバラツキが発生し、これにより均熱板に温度分布が発生し、ウエハの温度が安定しないという課題があった。
【０００９】
【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、ウェハ加熱装置を構成するセラミックヒーターとして、炭化珪素質セラミックスからなる板状体の一方の主面に、厚み０．０５〜２．０μｍのＳｉＯ₂からなる膜と、厚み１０〜６００μｍのガラスからなる絶縁層をこの順に備え、該絶縁層上に発熱抵抗体を備えるとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を具備することにより、上記課題を解決することができることを見出した。
【００１０】
また、前記絶縁層の平坦度を３００μｍ以下とすることにより、プリント形成する発熱抵抗体の厚みを所定範囲内に管理することができ、ウエハの温度制御の精度を向上させることができることが判った。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１は本発明のウエハ加熱装置の一例を示す断面図で、炭化珪素を主成分とするセラミックスの板状体からなる均熱板２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に形成されたＳｉＯ₂膜２１の上にガラスからなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成し、この発熱抵抗体５と電気的に接続する給電部６を備えてセラミックヒーターを構成したものである。
【００１３】
図２を用いて、さらに本発明のウエハ加熱装置の均熱板２の構造を細かく説明する。均熱板２のウエハ載置面３を除く表面には、酸化雰囲気中で熱処理することにより生成したＳｉＯ₂膜２１が形成されている。そして、このＳｉＯ₂膜２１の上にガラスからなる絶縁層４が形成され、さらにその上に、Ａｕ、Ｐｔ族金属もしくはこれらの合金からなる発熱抵抗体５が形成され、この発熱抵抗体５には給電部６が形成されてセラミックヒーターを構成してある。このセラミックヒーターを支持体１１に接合し、上記給電部６に導通端子７を押圧して接続することによりウェハ加熱装置を構成している。また、ウエハＷは、支持ピン２２により載置面３から離間して保持される。これにより、ウエハＷが均熱板２に片当たりして温度分布が悪くなるといった問題を防止している。
【００１４】
前記ＳｉＯ₂膜２１の厚みｔは、０．０５〜２．０μｍとする。さらに好ましくは、０．１〜１．０μｍとすることが好ましい。これにより、表面に形成するガラスからなる絶縁層４を炭化珪素質セラミックス表面に信頼性高く形成することが可能となる。この厚みｔを０．０５μｍ未満とすると、この上に絶縁層４となるガラス層を形成した場合に、表面のＳｉＯ₂膜２１がガラスに吸収され、絶縁層４に均熱板２からのハジケが発生してしまい好ましくない。また、前記ＳｉＯ₂膜２１の厚みを２．０μｍより大きくすると、ＳｉＯ₂膜２１中にクリストバライトからなる結晶相が増えてしまい、絶縁層４の密着性が低下してしまうので好ましくない。なお、信頼性と生産性の面から考慮するとＳｉＯ₂膜２１の厚みｔは０．１〜１．０μｍとすることがさらに好ましい。
【００１５】
また、ＳｉＯ₂膜２１は、アモルファス状態であることが好ましいが、厚みが厚くなったり前記ＳｉＯ₂膜２１を徐冷したりすると、ＳｉＯ₂膜２１内に結晶が生成してくる。析出する結晶相としては、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト等の結晶相が生成してくる。このうち、特にクリストバライトは、１８０〜２７０℃に大きな体積変化を伴うα相とβ相間の転移点があり、ＳｉＯ₂膜２１にクラックを発生させるので結晶相として好ましくない。
【００１６】
これに対し、本発明者等が鋭意検討した結果、ＳｉＯ₂膜２１に含まれる結晶相であるクリストバライトの（１０１）面のピーク高さが炭化珪素の（１０２）面のピーク高さに対し１０％以下であるようにすれば、良好な耐久性を示すことが判った。逆に、前記ピーク高さの割合が１０％を越えると、熱サイクル試験において絶縁層４にクラックが発生したり絶縁層４が剥離し易くなり、発熱抵抗体５が断線してしまうので好ましくない。
【００１７】
なお、炭化珪素の結晶相については、六方晶系であるα−炭化珪素の主ピークである（１０２）面を取り上げたが、実際は、炭化珪素の他の結晶系とピークが重なるものがあるが、全てを前記ピークに代表させて表記した。また、前記ＳｉＯ₂膜２１を１４７０〜１５７０℃付近で徐冷するとトリジマイトが生成する場合がある。この場合、トリジマイトも１１０〜１６５℃付近に体積変化を伴うα相とβ相間の転移点があるので、ＳｉＯ₂膜２１中にトリジマイトが生成することも好ましくない。
【００１８】
また、図３に本発明のＳｉＯ₂膜２１を表面に形成した炭化珪素のＸ線回折ピークの一例を示した。図の左側の矢印で示したピークが、クリストバライトの主ピークである（１０１）面のピークであり、上にＳｉＣ（１０２）と記したピークが炭化珪素の（１０２）面のピークである。
【００１９】
また、前記ＳｉＯ₂膜２１を形成する方法については、炭化珪素質セラミックスからなる均熱板２を平坦度１００μｍ以下に研磨した後、酸化雰囲気中１２００〜１６００℃で１〜１２時間処理し、冷却過程において少なくとも１０００〜６００℃を２００℃／時間より速い速度で冷却することにより、前記のようにクリストバライト結晶の生成を抑えたＳｉＯ₂膜２１を形成することができる。
【００２０】
また、ＳｉＯ₂膜２１中の酸素の拡散は非常に遅いので、本発明の請求範囲相当の厚みのＳｉＯ₂膜２１を炭化珪素質セラミックスからなる均熱板２の表面に形成するには、このように、高温の酸化雰囲気中で熱処理を施すことが必要である。
【００２１】
そして、酸化雰囲気中の熱処理により形成したＳｉＯ₂膜２１のうち、載置面３側の膜は、研磨により除去する。
【００２２】
また、ガラスからなる絶縁層４は、厚みを１０〜６００μｍとする。この厚みが１０μｍ以下であると、均熱板２と発熱抵抗体５との間の電気的な絶縁が不十分となる。また、前記厚みが６００μｍ以上となると、ガラスは熱伝導率が低いので、発熱抵抗体５からウエハＷ載置面３への熱伝達が遅くなってしまうので好ましくない。
【００２３】
このガラスからなる絶縁層４の表面は、平坦度が３００μｍ以下であることが望ましい。これは、もし平坦度が３００μｍより大きいと、絶縁層４の表面に発熱抵抗体５をプリント法により形成する際に、厚みバラツキが生じて発熱抵抗体５の抵抗分布が崩れてしまうからである。
【００２４】
ガラスからなる絶縁層４の平坦度を３００μｍ以下とするためには、均熱板２の絶縁層４を塗布する側の炭化珪素質セラミックスの平坦度を３００μｍ以下とすると同時に、炭化珪素質セラミックスの熱膨張率３．９×１０^-6ｄｅｇ^-1に対し、ガラスの熱膨張率を３．０〜３．６×１０^-6ｄｅｇ^-1とすることが必要である。これは、ガラスが焼結する際の収縮による応力が焼き付けの際の熱処理では十分緩和されず、絶縁層４側が凹となるような反りが残留しやすいからである。このように、ガラスの熱膨張率を炭化珪素質セラミックスの熱膨張率より小さくすることにより均熱板２の反りを低減することが、平坦度を向上させるのに有効である。
【００２５】
また、前記絶縁層４の平坦度が３００μｍより大きい場合は、予め膜厚を管理した発熱抵抗体５を転写シートに形成しておき、該発熱抵抗体５を転写により絶縁層４上に形成することによって発熱抵抗体５の厚みを均一とし、均熱板２を均一に加熱することができるようにする。
【００２６】
また、ガラスからなる絶縁層４は、プリントもしくは転写により一定厚みの膜を形成し、そのガラスの作業点以上の温度で熱処理することにより形成する。ガラスの熱膨張率は、炭化珪素の熱膨張率３．９×１０^-6ｄｅｇ^-1より若干小さな３．０〜３．６×１０^-6ｄｅｇ^-1程度にすることが好ましい。これは、ガラスが焼結し溶融する際に、その収縮による応力を十分緩和し切っておらず、収縮による応力が反りの形で残留しているため、この分を吸収するためガラスの熱膨張率を炭化珪素に較べ若干小さくする。この結果、ガラスに残留する応力が圧縮応力となるので、熱応力に対しクラックが発生し難くなるからである。
【００２７】
さらに、発熱抵抗体５は、絶縁層４との密着性を高めるためガラスを含み、このガラスの軟化点が、絶縁層４に含まれるガラスの転移点より低いことが発熱抵抗体５の加工精度を向上させる上で好ましい。ガラスは転移点以上の温度では高粘度の粘性流体であると考えられる。このため、絶縁層４に含まれるガラスの転移点より発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点を低くし、発熱抵抗体５の焼き付け時に、基材となる絶縁層４に影響がでないようにする。
【００２８】
発熱抵抗体５のパターン形状としては、円弧状の電極部と直線状の電極部とからなる略同心円状をしたものや渦巻き状をしたものなど、載置面３を均一に加熱できるパターン形状であれば良い。均熱性を改善するため、発熱抵抗体５を複数のパターンに分割することも可能である。また、発熱抵抗体５としては、金や銀、パラジウム、白金族の金属等の材質のものを使用することができる。また、必要に応じて発熱抵抗体をトリミングすることにより、均熱性を向上させる。
【００２９】
また、ウエハ載置面３の赤外線放射率は８０％以上であることが好ましい。これにより、均熱板２の熱が載置面３から赤外線および遠赤外線でウエハＷに高効率で放射されるので、載置面３表面の温度が一定になりやすく、また、ウエハＷの加熱効率が高くなる。
【００３０】
炭化珪素質セラミックスには、炭素と炭化硼素を焼結助剤として用いる系とＡｌ₂Ｏ₃およびＹ₂Ｏ₃を添加する系、また、Ｓｉの成形体を炭素系ガス中で処理して炭化する反応焼結により形成した系等がある。炭素を添加した系は、炭素が残留するので一般的には黒くなり、また、Ａｌ₂Ｏ₃およびＹ₂Ｏ₃を添加した系は、炭化珪素にＡｌが固溶することにより黒くなるので、このような操作を管理することにより赤外線放射率を８０％以上にすることができる。また、反応焼結により作製した炭化珪素は、反応焼結の状態により色が黄緑色から灰色になる場合がある。この場合、赤外線放射率の高い材料、例えば、コージライトを溶射したり、ＣＶＤ等の手法を用いて表面に炭化珪素からなる皮膜を形成することにより赤外線放射率を８０％以上にすることができる。
【００３１】
なお、均熱板２を形成する炭化珪素質セラミックスは、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（Ａｌ₂Ｏ₃）、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）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。
【００３２】
また、反応焼結による炭化珪素は、Ｓｉ粉末からなる成形体を形成し、これを１６００〜２０００℃の炭化水素ガス中で炭化処理することにより得ることができる。
【００３３】
さらに均熱板２は、均熱板２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、均熱板２側より弾性体８、座金１８を介在させてナット１９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の温度を変更したり載置面３にウエハを載せ均熱板２の温度が変動した場合に支持体１１変形が発生しても、上記弾性体８によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを防止し、ウエハＷ加熱におけるウエハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００３４】
また、熱電対１０は、均熱板２の中央部のウエハ載置面３の直近に設置され、熱電対１０の温度を基に均熱板２の温度を調整する。発熱抵抗体５が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの発熱抵抗体５のブロックに測温用の熱電対１０を設置する。熱電対１０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１０を使用することが好ましい。また、均熱板２に埋め込まれた先端部に力が掛からないように熱電対１０の途中が支持部７の板状構造部１３に保持されている。この熱電対１０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。
【００３５】
また、支持体１１は板状構造体１３と側壁部からなり、該板状構造体１３には発熱抵抗体５に電力を供給するための導通端子７が絶縁材９を介して設置され、不図示の空気噴射口や熱電対保持部が形成されている。そして、前記導通端子７は、給電部６に弾性体８により押圧される構造となっている。また、前記板状構造体１３は、複数の層から構成されている。
【００３６】
また、均熱板２に形成された給電部６と導通端子７間の接続を、押圧による接触とすることにより、均熱板２と支持体１１の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し、耐久性良好なウエハ加熱装置を提供することができる。この押圧手段である弾性体８としては、図１に示すようなコイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧するようにしても構わない。
【００３７】
弾性体８の押圧力としては、０．３Ｎ以上の荷重を導通端子７に掛けるようにすればよい。弾性体８の押圧力を０．３Ｎ以上とする理由は、均熱板２および支持体１１の膨張収縮による寸法変化に対し、それに応じて導通端子７が移動しなければならないが、装置の構成上導通端子７を均熱板２の下面から給電部６に押し当てるようにしているため、導通端子７の摺動部との摩擦により導通端子７が給電部６から離れることを防止する為である。
【００３８】
また、導通端子７の給電部６との当接面側の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。さらに、導通端子７を保持する絶縁材９は、その使用温度に応じて、２００℃以下の温度では、ガラス繊維を分散させたＰＥＥＫ（ポリエトキシエトキシケトン樹脂）材のものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラミック製の絶縁材９を用いることが可能である。
【００３９】
このとき、導通端子７の少なくとも給電部６との当接部を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレスおよび白金族の金属のうち少なくとも１種以上からなる金属により形成することが好ましい。具体的には、導通端子７自体を上記金属で形成するか、または導通端子７の表面に該金属からなる被覆層を設けることもできる。
【００４０】
あるいは、導通端子７と給電部６の間に上記金属からなる金属箔を挿入することにより、導通端子７表面の酸化による接触不良を防止し、均熱板２の耐久性を向上させることが可能となる。
【００４１】
また、導通端子７の表面にブレーチング加工やサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らすことにより接点が点接触となることを防止すると、さらに接触の信頼性を向上させることができる。ウエハ加熱装置１は、均熱板２面内の温度は均一になるように調整するが、加熱時、ウエハの入れ替え時等は、構造的に均熱板２と支持体９の温度の関係は一定ではない。この温度差により、給電部６と導電端子７は、捻れた位置関係で接触する場合が多いので、これらの接点を平坦に加工すると、片当たりして接触不良を起こしやすい。
【００４２】
そして、このウエハ加熱装置１によりウエハＷを加熱するには、不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウエハＷを不図示のリフトピンにて支持したあと、リフトピン８を降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。
【００４３】
次に、給電部６に通電して発熱抵抗体５を発熱させ、絶縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。均熱板２を炭化珪素質焼結体により形成すると、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、８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも発熱抵抗体５のジュール熱を素早く伝達し、載置面３の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。
【００４４】
さらに、このようなウエハ加熱装置１をレジスト膜形成用として使用する場合は、炭化珪素質焼結体を均熱板２に使用すると、大気中の水分等と反応してアンモニアガスを発生させレジスト膜を劣化させることがないので好ましい。また、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。これにより、ウエハＷ上に微細な配線を高密度に形成することが可能となる。
【００４５】
【実施例】
実施例１
炭化珪素原料に３重量％のＢ₄Ｃと２重量％の炭素を適量のバインダおよび溶剤を用いて混合し、造粒したあと成形圧１００ＭＰａで成形し１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋであり外径が２３０ｍｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得る。そして、両面を平面研削した後、１０００℃、１１００℃、１２００℃、１４００℃、１６００℃×１時間と、１６００℃×２時間、４時間、８時間、１２時間、さらに１８００℃×４時間、８時間の熱処理を各々施し、冷却時少なくとも１０００℃から６００℃までを３００℃／時間の速度で冷却してＳｉＯ₂からなる膜２１を形成した後、一方の表面に２００μｍのガラスペーストをプリント形成し、９００℃で焼き付け処理することにより絶縁層４を形成し、絶縁層４の状態を観察した。尚、ガラスの熱膨張率は、３．４×１０^-6ｄｅｇ^-1のものを用いた。
【００４６】
また、こうして作製した一方の面にガラスを塗布した円盤状の炭化珪素質焼結体を３００℃の恒温槽に３０分間挿入し均熱化したものを、室温に取り出して空気吹き付けにより急冷し、再度３００℃の恒温槽に挿入するサイクルを５００サイクル施して、ガラスからなる絶縁層４の状態を確認した。
【００４７】
熱処理後に形成されたＳｉＯ₂からなる膜２１の厚みｔは、Ｘ線光電子分光分析装置（ＰＨＩ製Ｑｕａｎｔｕｍ２０００）を用いて、表面を１８．７ｎｍ／ｍｉｎのスパッタレートでスパッタリングすることにより、確認した。
【００４８】
結果を、表１に示した。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１から判るように、全く熱処理を施していないＮｏ．１は、表面に形成されたＳｉＯ₂からなる膜２１の厚みｔが０．０２μｍと非常に薄いため、ガラスからなる絶縁層４を形成した際に、表面のＳｉＯ₂からなる膜２１がガラスに吸収され、一部にハジケが発生した。また、前記膜が２μｍ以上となった１８００℃×８時間処理したＮｏ．１３は、耐久テスト後、絶縁層４にクラックが発生していることが判った。
【００５１】
これに対し、ＳｉＯ₂からなる膜２１の厚みｔが０．０５〜２．０μｍであるＮｏ．２〜１２はガラス層のハジケが発生せず均質なガラス層が生成できた。また、耐久テストにおいてガラスからなる絶縁層４にクラックが発生しないことが判った。
【００５２】
実施例２
ここでは、炭化珪素を大気中で熱処理することにより表面に形成されるＳｉＯ₂からなる膜２１のＸ線回折による結晶ピークと耐久性の相関を調べた。大気中の熱処理温度を１０００〜１８００℃とし、保持時間を１〜１２時間の間で変量し、さらに、冷却速度を調整して、前記膜２１に生成する結晶相の量を変量させた。
【００５３】
前記膜２１の結晶相の確認は、理学電機製のＲＩＮＴ１４００Ｖ型のＸ線回折装置を用いて、Ｃｕの管球を用いて管電圧５０ｋＶ、管電流２００ｍＡ、ステップ幅０．０２０度、計数時間０．５０秒、２θ＝２０〜８０度の条件で実施した。ピークは、クリストバライトの（１００）面と炭化珪素の（１０２）面のピーク高さを測定し比較した。なお、簡略化のため、前記高さは測定データの各ピークの強度計数値を使って計算した。
【００５４】
こうして、準備したサンプルを用いて実施例１と同様の耐久テストを実施し、ＳｉＯ₂からなる膜２１のＸ線回折による結晶ピークと耐久性の相関を調べた。
【００５５】
結果を、表２に示した。
【００５６】
【表２】

【００５７】
表２から判るように、クリストバライトの（１０１）面のピーク高さが炭化珪素の（１０２）面のピーク高さに対し１０％を越えるＮｏ．７、８は、耐久テスト後絶縁層４の表面を観察したところ、表面にクラックが発生していた。これに対し、前記比率が１０％以下であるＮｏ．１〜６は、絶縁層４にクラックが発生せず、良好な耐久性を示した。
【００５８】
実施例３
ここでは、ガラスからなる絶縁層４の平坦度と、この上にプリント法により形成した発熱抵抗体５の抵抗値バラツキの関係を調査した。実施例１と同様な方法で作製したガラスからなる絶縁層４を形成した炭化珪素質基板を用いて、さらに、絶縁層４上に３０重量％のＡｕ−Ｐｔを含有するガラスペーストをプリントし、６００℃で発熱抵抗体５を焼き付け処理した。ガラスからなる絶縁層４の平坦度は、炭化珪素質基板の平坦度を調整することにより異なる平坦度の絶縁層４を有する試料を準備した。また、ガラスからなる絶縁層４の平坦度が３５０μｍである試料の絶縁層４の表面に、予め転写シートに形成された厚み管理された発熱抵抗体５を転写により形成し、焼き付け処理した試料を作製した。
【００５９】
このようにして準備したサンプルの発熱抵抗体５の抵抗値を５ｃｍのブロックに分割し、それぞれ同一の抵抗値に調整するブロック毎に、バラツキを調査した。バラツキは、以下の式により計算した。
【００６０】
バラツキ＝（最大抵抗値−最小抵抗値）／最大抵抗値×１００
平坦度がほぼ同等の各３個の試料を準備し、３個のサンプルのバラツキの平均をとり、データとした。
【００６１】
結果を、表３に示した。
【００６２】
【表３】

【００６３】
表３に示したように、ガラスからなる絶縁層４の平坦度が３５０μｍとなるＮｏ．６は、抵抗値バラツキが１５％と大きくなり、大きなトリミングを施さなければ抵抗値分布を調整できないことが判った。これに対し、前記平坦度が２０〜３００μｍであるＮｏ．１〜５は、抵抗値バラツキが８％以下となり、小さなトリミングで抵抗値分布を調整できることが判った。
【００６４】
実施例４
ここでは、発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点と絶縁層４に含まれるガラスの転移点の関係と、発熱抵抗体５の抵抗値バラツキとの相関を調べた。ガラスの転移点および軟化点については、ガラス部分をリューターを用いて削り取り、回収した粉末を示差走査熱量分析計により評価した。評価方法については、データの吸熱ピークを確認し、低温側から転移点、軟化点の温度と判定し、この温度差を測定した。発熱抵抗体５の部分は、できるだけ金属分を含まない部分を選び、窒素ガスをフローさせながら、金属による影響を抑制して評価した。
【００６５】
試料は、実施例３に準じた方法で、各々ガラスの種類と組み合わせを変更して試料を作製した。また、抵抗値バラツキは、実施例３と同様な方法で評価した。
【００６６】
結果は、表４に示した。
【００６７】
【表４】

【００６８】
表４から判るように、絶縁層４に含まれるガラスの転移点温度から、発熱抵抗体５に含まれるガラスの転移点温度を引いた差が、正もしくは０となるＮｏ．１〜４は、抵抗値バラツキが小さくなったが、前記差が負となるＮｏ．５、６は、抵抗値バラツキが大きくなった。また、Ｎｏ．６については、絶縁層４の組織内に発泡した部分が発生した。以上の結果から、発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点を絶縁層４に含まれるガラスの転移点より高くすることが、抵抗値分布を改善するために有効であることが判った。
【００６９】
実施例５
ここでは、炭化珪素質基板の赤外線放射率と、ウエハ加熱の昇温時間の関係を調査した。炭化珪素質基板として、炭化硼素と炭素を焼結助剤として用いた試料Ｎｏ．１、Ａｌ₂Ｏ₃とＹ₂Ｏ₃を焼結助剤として用いたＮｏ．２、Ｓｉからなる成形体をメタンガス流中で炭化させる反応焼結により形成したＮｏ．３となる炭化珪素質基板を準備し、実施例１と同様な方法で厚み０．５μｍのＳｉＯ₂からなる膜２１を形成し、ウエハ載置面３ではない他方の主面上に厚み２００μｍのガラスからなる絶縁膜４を形成し、さらにその上に発熱抵抗体５を転写法により形成し焼き付け処理して均熱板２を得た。
【００７０】
Ｎｏ．３においては、さらに、ウエハＷの載置面３上に、ＣＶＤ法により黒いＳｉＣ膜を形成したＮｏ．４、前記載置面３上に溶射により１５μｍのコージライト膜を形成したＮｏ．５を準備した。その後、各均熱板２の発熱抵抗体５に抵抗調整部を設けて、均熱性を向上させた後、図１に示したような支持体１１に組み込んで、均熱板２を２００℃に保持しておき、載置面３にウエハを載せたあと、ウエハ温度が２００℃に安定するまでの昇温時間を比較した。赤外線放射率は、日本アビオニクス株式会社製のコンパクトサーモＴＶＳ−２２００ＭＫ−IIＳＴを使用し、２００℃において、載置面３に黒体を塗布した前後の放射率を測定し、黒体を塗布したものの放射率を１００％としてそれに対する塗布前の面の放射率を計算により求めた。
【００７１】
結果を、表５に示した。
【００７２】
【表５】

【００７３】
表５に示したように、赤外線放射率が８０％以下であるＮｏ．３は、昇温時間が５０秒かかったが、赤外線放射率が８０％であるＮｏ．１、２、４、５は、昇温時間が４０秒以下となり、良好であった。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、炭化珪素質セラミックスからなる板状体の一方の主面に、厚み０．０５〜２．０μｍのＳｉＯ₂からなる膜と、厚み１０〜６００μｍのガラスからなる絶縁層をこの順に備え、該絶縁層上に発熱抵抗体を備えるとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を具備してセラミックヒーターを構成したことによって、発熱抵抗体の密着の信頼性を高めることができ、このセラミックヒーターを用いて構成したウェハ加熱装置は耐久性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウエハ加熱装置の一部拡大断面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置におけるＳｉＯ₂膜のＸ線回折パターンの一例を示す図である。
【図４】従来のウエハ加熱装置の均熱板の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：ウエハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：発熱抵抗体
６：給電部
７：導通端子
８：弾性体
１０：熱電対
１１：支持体
２１：ＳｉＯ₂膜
Ｗ：半導体ウエハ

Claims

炭化珪素質セラミックスからなる板状体の一方の主面に、厚み０．０５〜２．０μｍのＳｉＯ₂からなる膜と、厚み１０〜６００μｍのガラスからなる絶縁層をこの順に備え、該絶縁層上に発熱抵抗体を備えるとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を具備してなるセラミックヒーター。
前記ＳｉＯ₂からなる膜は、Ｘ線回折ピークにおけるクリストバライトの（１０１）面のピーク高さが炭化珪素の（１０２）面のピーク高さに対し１０％以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター。
前記ガラスからなる絶縁層の表面の平坦度が３００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター。
前記発熱抵抗体がガラスを含み、このガラスの軟化点が、前記絶縁層に含まれるガラスの転移点より低いことを特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター。
前記発熱抵抗体が金属成分として、Ｐｔ族金属、Ａｕ、もしくはこれらの合金を主成分とすることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター。
前記板状体の発熱抵抗体と反対側の主面をウェハ載置面とし、ウェハの加熱に用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックヒーター。
前記ウエハ載置面の赤外線放射率が８０％以上であることを特徴とする請求項６記載のセラミックヒーター。
炭化珪素質セラミックスからなる板状体の表面を平坦度１００μｍ以下に研磨し、酸化雰囲気中１２００〜１６００℃で１〜１２時間処理した後、少なくとも１０００〜６００℃を２００℃／時間より早い速度で冷却することによってＳｉＯ₂からなる膜を形成し、この膜上に絶縁層、発熱抵抗体を形成する工程を含むセラミックヒーターの製造方法。
前記発熱抵抗体を転写により形成することを特徴とする請求項８記載のセラミックヒーターの製造方法。
請求項６記載のセラミックヒーターを支持体に接合し、前記給電部に導通端子を接続したことを特徴とするウェハ加熱装置。