JP3860732B2

JP3860732B2 - ウエハ加熱装置

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Publication number: JP3860732B2
Application number: JP2001262743A
Authority: JP
Inventors: 剛加藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003077788A

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に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶装置あるいは回路基盤等のウエハ上に薄膜を形成したり、前記ウエ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ものである。
【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、半導体薄膜の成膜装置、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２００mmから３００mmと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、１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回あ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や温度精度の向上が要求されていた。
【０００４】
このうち、ウエハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、図４に示すような、炭化珪素、窒化アルミニウムやアルミナ等のセラミックスからなる均熱板３２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面とし、他方の主面には酸化膜５３、絶縁層３４を介して発熱抵抗体３５が設置され、さらに前記発熱抵抗体３５に導通端子３７が弾性体３８により固定された構造のウエハ加熱装置３１が用いられていた。そして、前記均熱板３２は、支持体４１にボルト４７で固定され、さらに均熱板３２の内部には熱電対４０が挿入され、これにより均熱板３２の温度を所定に保つように、導入端子３７から発熱抵抗体３５に供給される電力を調整するシステムとなっていた。また、導入端子３７は、板状構造部４３に絶縁層３９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウエハ加熱装置３１の載置面３３に、レジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、発熱抵抗体３５を発熱させることにより、均熱板３２を介して載置面３３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼き付けしてウエハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
このようなウエハ加熱装置３１において、ウエハＷの表面全体に均質な膜を形成し、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Ｗの温度分布を均一にすることが重要である。ウエハＷの温度分布を小さくするため、加熱用のヒータを内蔵したウエハ加熱装置において、発熱抵抗体３５の抵抗分布を調整したり、発熱抵抗体３５の温度を分割制御したり、熱引きを発生したりするような構造部を接続する場合、その接続部の発熱量を増大させる等の提案がされていた。
【０００７】
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できるようなウエハ加熱装置が求められている。
【０００８】
そこで、別の手法として、特開平１０−２２３６４２号公報には、図５に示すように、均熱板５２の載置面５３からウエハＷを浮かせて支持するために３個の支持ピン５１を設置し、この位置を調整することにより、ウエハＷの反りを発生させることにより載置面５３との間隔を調整し、ウエハＷの温度を均一にすることが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すウエハ加熱装置は、ウエハＷを均一に加熱するために均熱板５２の温度分布を、ウエハＷの反りを利用して調整するようにしているが、均熱板５２に温度分布があることを前提にすると、その温度分布は面全体に一様ではなく、ウエハＷの反りで吸収できるものは極一部に過ぎない．このような温度調整をすると、例えば、ウエハ付け替え後の昇温過渡時の温度バラツキが大きくなり、その結果、昇温時の温度分布が大きくなってしまうという課題があった。
【００１０】
また、図５のようにウエハＷと均熱板３２の間の間隔が一定でないと、ウエハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、前記間隔が小さい部分は均熱板３２の昇温の影響を大きく受けて速やかに温度が高めになり、逆に前記部分が大きい部分はウエハＷの温度が遅れ気味に上昇するので、両者の間で温度差が大きくなるという問題があった。そして、この温度差は、成膜バラツキや、レジスト膜の反応状態を不均一にしてしまうという問題を引き起こした。
【００１１】
さらに支持ピン５１の高さがばらつき、ウエハＷの温度分布をうまく調整できないという課題があった。
【００１２】
そこで本発明者等は、上記の問題を解決するために、ウエハ加熱装置の載置面に該載置面からの突出高さが０．０５〜０．５ｍｍとなるような複数の支持ピンを備え、そのバラツキを１５μｍ以内とすることを既に提案していた。
【００１３】
しかし、近年、ウエハは大口径化と共に、スループットを高めるため搬送速度が向上しており、このような急速搬送を行ったウエハは加速度によってウエハ加熱装置に載置された瞬間に撓んでしまい、ウエハ加熱装置表面の均熱板に接触する場合が生じてきている。また、使用されるウエハは必ずしも平坦なものでなく、反ったものも存在する。そして、数μｍ以上の反りを持つウエハに対しては、上記方法だけでは解決不十分であることが判った。また、均熱板もウエハの大型化に伴い、うねりや撓みが大きくなり、先の述べたウエハ自身の反り、急速搬送に伴うウエハの撓みとにより、ウエハと均熱板との距離が不均一となり、レジストの焼き付けが均一にできないという課題が生じるようになった。
【００１４】
具体的に説明すると、ウエハを入れ替えた直後の温度バラツキがなかなか解消されずに、温度が安定するまでの時間が長くなったり、ウエハの温度分布を考慮してウエハの支持ピンの高さを高くすると、温度を均一にするために処理時間が長くなるという問題が生じたりするようになった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置において、前記均熱板の厚みｔと均熱板外径ｘとの関係が０．００７≦ｔ／ｘ≦０．０３５の関係であり、また載置面に該載置面からの突出高さが０．０５〜０．３ｍｍとなる複数の支持ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心からウエハ径の０．４倍の範囲内である中心部に少なくとも１点、ウエハ径の０．４〜０．８倍の範囲内である中間部に少なくとも３点、ウエハ径の０．８〜１倍の範囲内である外周部に少なくとも４点以上それぞれ同心円状に配置され、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であり、かつ隣合う支持ピン間の径方向の均熱板のうねりと、隣合う支持ピン間の円周方向の均熱板のうねりが４０μｍ以下としたことを特徴とする。
【００１６】
また、支持ピンの径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ前記支持ピンとウエハの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ²以下であり、支持ピンの熱伝導率ｙ、熱板の熱伝導率ｓの関係が０．０５≦ｙ／ｓ≦０．６０とすることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明に係わるウエハ加熱装置の１例を示す断面図であり、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる均熱板２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とすると共に、内部に発熱抵抗体５を形成したものである。
【００１９】
発熱抵抗体５のパターンとしては、円弧状の帯状電極部と直線上の帯状電極部とな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。発熱抵抗体５は、金や銀、パラジウム、白金族の金属や、タングステン、チタン、窒化チタン、ニッケル等の高融点金属を使用することができる。
【００２０】
また、発熱抵抗体５には、金や銀、パラジウム、白金等の材質からなる給電部６が形成され、該給電部６に導通端子７を押圧して接触させることにより、導通が確保されている。
【００２１】
さらに、均熱板２と支持体１１の外周にボルトを貫通させ、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の温度が変動したりした場合に支持体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の反りを抑制し、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抑制できる。
【００２２】
また、支持体１１は板状構造体１３と側壁部とからなり、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固定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。
【００２３】
また、均熱板の厚みｔと均熱板の外径ｘとの関係ｔ／ｘは、０．０７≦ｔ／ｘ≦０．０３５とする。これは、ｔ／ｘが０．００７より小さいと、板厚が薄すぎるために均熱板２のうねりが大きくなり温度バラツキを平準化するという均熱板２としての効果が小さく、発熱抵抗体５におけるジュール熱のバラツキがそのまま載置面３の温度バラツキとして表れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に、ｔ／ｘが０．０３５より大きくなると、均熱板２の熱容量が大きくなり過ぎ、均熱板２を所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間や温度変更時の冷却時間が長くなり、生産性を向上させることができないからである。
【００２４】
そして、図２に示すように載置面３には複数の凹部２１が形成されており、該凹部２１の中にウエハＷを支えるための支持ピン２０を配置している。そして、前記支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈは、０．０５〜０．３ｍｍであり、該支持ピン２０は載置面３の中心部からウエハ径の０．４倍の範囲内である中心部２ａに少なくとも１点、ウエハ径の０．４〜０．８倍の範囲内である中間部２ｂに少なくとも３点、ウエハ径の０．８〜１倍の範囲内である最外周部２ｃに４点以上配置され、略同心円上の支持ピン２０ｃの突出高さｈのバラツキは１５μｍ以下に調整されている。この突出高さｈは、図３に示すように支持ピン２０の先端２０ａが載置面３から突き出ている高さを意味している。
【００２５】
前記突出高さｈが０．０５ｍｍ未満となると、均熱板２の温度に影響されやすくなり昇温過渡時の温度バラツキが大きくなりすぎるので好ましくない。また、前記突出高さｈが０．３ｍｍを越えると、ウエハＷの温度分布は小さくなるが、ウエハＷ交換後のウエハＷ温度の昇温応答性が悪くなり、ウエハＷの温度が安定するまでの時間が長くなるので好ましくない。これに対し、前記突出高さｈを０．０５〜０．３ｍｍとすると、昇温過渡時の温度バラツキを小さくすることができ、かつウエハＷの温度を速やかに安定させることができる。より好ましくは０．０５〜０．２ｍｍの範囲がよい。ウエハＷの温度分布を均一にするためには、支持ピン２０の突出高さｈを高くした方がいいが、該突出高さｈを高くすると温度の安定時間が遅くなってしまう。本発明者等が検討した結果、ウエハＷに関して±０．３℃という厳しい温度分布を達成するためには、前記突出高さｈを上記の範囲とすることが好ましいことが判った。
【００２６】
また、支持ピン２０は載置面３の前記中心部２ａに少なくとも１点、前記中間部に少なくとも３点、前記外周部に４点以上配置されないと、ウエハＷの載置状態が不安定となり、かつ略同心円状でなければ、前記支持ピン２０による作用点とウエハ重心が一致しないため、安定したウエハ載置は望めないためである。
【００２７】
よって、ウエハＷを安定して支持するためには、該支持ピン２０は載置面３の中心部２ａに少なくとも１点、中間部２ｂに少なくとも３点、外周部２ｃに４点以上配列することが好ましい。
【００２８】
なお、図２の例では略同心円上の支持ピン２０ｃの外側に、径の大きな略同心円上の支持ピン２０ｄ、２０ｅを備えており、１つのウエハ加熱装置１において、異なる２種類以上のウエハ径に対応することができる。例えば、外径３００mmのウエハ加熱装置１でφ２００mmとφ３００mmのウエハＷに対応する場合、ウエハ加熱装置１の前記支持ピン２０ｃ、２０ｄは、ウエハの外周部２ｃ、つまりφ１８０〜１９５mm上とφ２８０〜２９５mm上に配列してあれば良く、前記支持ピン２０ｃ、２０ｄは１配列上に少なくとも３点配置してあれば良い。
【００２９】
一方、載置面３の中心部２ａに少なくとも１点の支持ピン２０ｂを設置したのは、ウエハＷは０．７mm程の厚みしかなく非常に撓みやすいため、ウエハＷを載置した瞬間等に均熱板２表面にウエハＷの裏面が触れる恐れがあり、この時点でウエハＷの温度分布が著しく悪化してしまったり、ウエハＷ自身の反りが大きく、均熱板２に触れてしまったりすることを抑制するためである。もちろん、ウエハＷの中央部に設置された前記支持ピン２０ｂも、載置面３からの突出高さｈは０．０５〜０．３ｍｍでなければならない。
【００３０】
また、ウエハＷが２００ｍｍから３００ｍｍへ大型化するに伴い、最外周のウエハＷの撓みが従来に対し約２倍程度大きくなったり、また、均熱板２自体の撓みも約１．６倍程度大きくなったりする傾向があった。その結果、ウエハＷを入れ替えた際の昇温過渡時の温度ばらつきにより、レジスト焼き付けのばらつきによる製品歩留りが悪くなるという問題があった。従って、本発明は均熱板２のうねりを防止するために、均熱板２の外辺を弾性体を介してネジ止め締めする構造にした。さらに、撓んだ均熱板２とウエハＷとの距離一定に保つようにウエハＷを支える支持ピン２０間の均熱板２のうねりの大きさに着目した。その結果、径方向の隣合う支持ピン２０間の均熱板２のうねりＬ、および径方向の隣合う支持ピン２０間の均熱板２のうねりＭを４０μｍ以下にすることにより、±０．３℃以内の温度精度を達成することができるようになった。ここで、隣合う支持ピン２０間の距離とは、図２に示したように、それぞれの支持ピン２０の中で最も近い距離の支持ピン２０間の距離を意味する。
【００３１】
また、前記支持ピン２０の径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ該支持ピン２０とウエハＷとの接触面積は支持ピン２０の１本あたり１０ｍｍ²以下で、かつ前記支持ピンの熱伝導率ｙ、均熱板２の熱伝導率ｓの関係が０．０５≦ｙ／ｓ≦０．６０であることが好ましいことを見出した。すなわち、ウエハＷを載せ替えた際の昇温過渡時において、支持ピン２０からの熱伝導による温度ばらつきを小さくできることを見出した。
【００３２】
支持ピン２０の熱伝導率ｙと均熱板２の熱伝導率ｓとの関係ｙ／ｓが０．０５より小さいと、支持ピン２０を介しての熱伝導によりウエハＷに供給される熱量が、均熱板２からの輻射によりウエハＷに供給される単位面積あたりの熱量より小さくなり、支持ピン２０で支えられた部分のウエハＷの昇温が遅くなり、温度差が大きくなる。逆に、ｙ／ｓが０．６０より大きくなると、支持ピン２０に接している部分のウエハＷ部の昇温上昇が早くなってしまい、温度差が大きくなる。これに対し、前記ｙ／ｓを０．０５〜０．６０とすると、良好な温度分布を維持することが可能となる。
【００３３】
また、前記支持ピン２０の径をφ２〜φ１０ｍｍとしたのは、前記支持ピン２０によって阻害されてしまう均熱板２からウエハＷへの熱伝達を、前記支持ピン２０がウエハＷに直接触れることによる熱伝導によって、バランス良く補わなければならないからである。
【００３４】
すなわち、前記支持ピン２０の径がφ２ｍｍより小さくなると、前記支持ピン２０からウエハＷに伝わる熱量が減少し、ウエハＷの前記支持ピン２０で支持部分のみが低温となってしまい、逆に前記支持ピン２０の径がφ１０ｍｍより大きくなると、前記支持ピン２０からウエハＷに伝わる熱量が大きすぎて、ウエハＷの前記支持ピン２０で支持部分のみが高温となってしまうためである。
【００３５】
また、該支持ピン２０とウエハＷの接触面積を支持ピン１本あたり１０mm²以下としたのは、前記支持ピン２０とウエハＷの接触面積が１０ｍｍ²を越えると支持ピン２０からの伝熱量が増え、この部分のウエハ温度が上昇しウエハの温度ムラとなってしまうからである。よって、前記支持ピン２０は、先細り加工や先端Ｒ面加工など先端形状を変化させることによって、前記支持ピン２０とウエハの接触面積を支持ピン１本あたり１０mm²以下とし、より望ましくは３ｍｍ²以下とした方が良い。なお、ウエハＷに対するパーティクル付着を低減させる観点からも、ウエハＷに接触する支持ピン２０の面積は少なくする方が好ましい。
【００３６】
また、図３に示すように、前記支持ピン２０の先端２０ａは曲面形状をなすとともに、該曲面部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．８μｍ以下とすることが好ましい。なぜならば、ウエハＷに対するパーティクル付着を低減させるためには、ウエハＷを支持する部材はウエハＷを傷つけるものであってはならないことはもちろんのこと、ウエハＷに接触する面積は少ない方が良いためである。ウエハＷに接触する面積を極小とするには、前記支持ピン２０の先端２０ａは鋭利形状とすべきであるが、逆にウエハＷを削り取りパーティクルを発生させる恐れがある。よって、前記支持ピン２０の先端２０ａは曲面形状とするとともに、該曲面部分の表面粗さ（Ｒａ）は０．８μｍ以下として、ウエハＷと摺動してもウエハＷや前記支持ピン２０自身を傷つけないような滑らかな仕上げとしなければならない。
【００３７】
ところで、前記略同心円上の支持ピン２０ｃの突出高さｈのバラツキが１５μｍを越えると、ウエハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、載置面３とのギャップが小さい部分は均熱板２の昇温の影響を大きく受けて温度は速やかに上昇し、逆に前記ギャップが大きい部分はウエハＷの温度が遅れながら上昇するので、両者の間で温度差が過大となってしまうので好ましくない。ゆえに、略同心円上の支持ピン２０ｃの突出高さｈのバラツキは、１５μｍ以下としなければならない。
【００３８】
なお、支持ピン２０は凹部２１に接合せずに単に載置しておくだけでよい。その場合、脱落を抑制するために、図３に示すように固定治具２４を凹部２１の上部に設置する。この固定治具２４は、支持ピン２０とは接触しても接触しなくても特に支障はなく、固定治具２４は市販のスナップリングを用いても何ら問題ない。ただし、固定治具２４の材質としては、Ｎｉ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３１、４２アロイ、インコネル、インコロイ等、耐熱金属のものを使用する。
【００３９】
また、均熱板２の平坦度に関しては、１００μｍ以下好ましくは５０μｍ以下とすることが好ましい。また、均熱板２を弾性的に支持体１１に保持することにより、支持体１１内の温度分布によって発生する反りを、この弾性的構造で緩和することができるので、均熱板２の平坦度を維持することが可能となる。
【００４０】
ところで、金属製の支持体１１は、側壁部と板状構造体１３を有し、該板状構造体１３には、その面積の５〜５０％にあたる開口部が形成されている。また、該板状構造体１３には、必要に応じて他に、均熱板２の発熱抵抗体５に給電するための給電部６と導通するための導通端子７、均熱板２を冷却するためのガス噴出口、均熱板２の温度を測定するための熱電対１０を設置する。
【００４１】
また、不図示のリフトピンは支持体１１内に昇降自在に設置され、ウエハＷを載置面３上に載せたり、載置面３より持ち上げたりするために使用される。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をリフトピンにより支持したあと、リフトピンを降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。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。
【００４２】
このとき、本発明は、均熱板２を炭化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、もしく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、６０Ｗ／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の温度バラツキを極めて小さくすることができる。しかも、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、半導体ウエハＷ上へのレジスト膜の貼付に用いたとしても、レジスト膜の組織に悪影響を与えることがなく、微細な配線を高密度に形成することが可能である。
【００４３】
また、均熱板２を形成するセラミックスとしては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムのようないずれか１種以上を主成分とするものを使用することができる。
【００４４】
炭化珪素質焼結体としては、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）を含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を含有し１９００〜２２００℃で焼成した焼結体を用いることができ、また、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。
【００４５】
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量％混合し、２０００〜２２００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。
【００４６】
そして、窒化硼素質焼結体としては、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４５重量％の窒化アルミニウムと５〜１０重量％の希土類元素酸化物を混合し、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。窒化硼素の焼結体を得る方法としては、他に硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法があるが、この場合熱伝導率が著しく低下するので好ましくない。
【００４７】
また、窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ₂Ｏ₃、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ₂量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ₂を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。ここで示すＳｉＯ₂量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ₂と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ₂と、意図的に添加したＳｉＯ₂の総和である。
【００４８】
また、窒化アルミニウム質焼結体としては、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃やＹｂ₂Ｏ₃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。
【００４９】
これらの焼結体は、その用途により材質を選択して使用する。例えば、レジスト膜の乾燥に使用する場合は、窒化物は水分と反応してアンモニアガスを発生し、これがレジスト膜に悪影響を及ぼすので使用できない。また、８００℃程度の高温で使用する可能性のあるＣＶＤ用のウエハ加熱装置の場合は、ガラスを多く含む窒化硼素系の材料は、均熱板２が使用中に変形してしまい均熱性が損なわれてしまう可能性がある。
【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、面粗さを算術平均粗さ（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、多少導電性を有する均熱板２と発熱抵抗体５との間の絶縁を保つ絶縁層４としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが３５０μｍ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１００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００５２】
また、均熱板２を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合は、均熱板２に対する発熱抵抗体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層４を形成する。ただし、発熱抵抗体５の中に十分なガラスを添加し、これにより十分な密着強度が得られる場合は、省略することが可能である。
【００５３】
次に、絶縁層４に樹脂を用いる場合、その厚みが３０μｍ未満では、耐電圧が１．５ｋＶを下回り、絶縁性が保てなくなるとともに、発熱抵抗体５にレーザ加工等によってトリミングを施した際に絶縁層４を傷つけ、絶縁層４として機能しなくなり、逆に厚みが１５０μｍを越えると、樹脂の焼き付け時に発生する溶剤や水分の蒸発量が多くなり、均熱板２との間にフクレと呼ばれる泡状の剥離部ができ、この剥離部の存在により熱伝達が悪くなるため、載置面３の均熱化が阻害される。その為、絶縁層４として樹脂を用いる場合、絶縁層４の厚みは３０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは６０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００５４】
また、絶縁層４を形成する樹脂としては、２００℃以上の耐熱性と、発熱抵抗体５との密着性を考慮すると、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂等が好ましい。
【００５５】
なお、ガラスや樹脂から成る絶縁層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又は樹脂ペーストを均熱板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、ガラスペーストにあっては、６００℃の温度で、樹脂ペーストにあっては、３００℃以上の温度で焼き付ければ良い。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炭化硼素質焼結体から成る均熱板２を１２００℃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酸化膜２３を形成することで、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００５６】
さらに、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体５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（Ｒｅ₂Ｏ₃）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ₃）等の酸化物を導電材として含む樹脂ペーストやガラスペーストを用意し、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き付け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。
【００５７】
ただし、発熱抵抗体５に銀又は銅を用いる場合、マイグレーションが発生する恐れがあるため、このような場合には、発熱抵抗体５を覆うように絶縁層４と同一の材質から成る保護膜を３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００５８】
また、図示しないが、発熱抵抗体５を内蔵するタイプの均熱板２に関しては、熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましい。この場合、窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含有する原料を十分混合したのち円盤状に成形し、その表面にＷもしくはＷＣからなるペーストを発熱抵抗体５のパターン形状にプリントし、その上に別の窒化アルミニウム成形体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で焼成することにより発熱抵抗体を内蔵した均熱板２得ることが出来る。また、発熱抵抗体５からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホール１９を形成し、ＷもしくはＷＣからなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウエハＷの加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホール１９の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の発熱抵抗体５の酸化を抑制することができる。
【００５９】
上記絶縁層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、例えばレジスト乾燥用に使用する場合、耐熱温度が２００℃以上でかつ０℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数が均熱板２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×１０^-7／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラスを用いると、均熱板２を形成するセラミックスとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼き付け後の冷却時において、均熱板２に反りが発生したり、クラックや剥離等の欠陥が生じたりし易いからである。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。
【００６１】
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ーおよび溶剤を用いて混合し、造粒した後成形圧１００ＭＰａで成形し、１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ以上であり外径が３００ｍｍの円盤状の炭化珪素焼結体を得た。
【００６２】
この炭化珪素焼結体の両主面に研削加工を施し、外径３００ｍｍ、板厚を１〜１０ｍｍの円盤状をした均熱板２を作製した。さらに大気中で１２００℃×１時間の熱処理を施し前記焼結体の表面に酸化膜２４を形成した。その後、ガラス粉末に対してバインダーとしてのエチルセルロースと有機溶剤としてのテルピネオール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敷設し、８０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、４５０℃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４００μｍの絶縁層４を形成した。次いで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｔ粉末を混合したガラスペーストを、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、８０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに４５０℃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３０μｍの発熱抵抗体５を形成した。
【００６３】
発熱抵抗体５は中心部と外周部を周方向に４分割し、中央部を加えた５パターン構成とした。しかるのち発熱抵抗体５に給電部６を導電性接着剤にて固着させることにより、均熱板２を製作した。
【００６４】
また、均熱板２の載置面３に、同心円上φ１９０mm、φ２９０ｍｍの４等配、６等配の位置および中央部に凹部２１を形成し、同心円上の支持ピン２０は載置面３からの突出高さｈを１００μｍとした。
【００６５】
また、支持体１１は、主面の４０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２枚の板状構造体１３を準備し、この内の１枚に、熱電対１０、１０本の導通端子７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１１を準備した。
【００６６】
その後、前記支持体１１の上に、均熱板２を重ね、その外周部を弾性体８を介してネジ締めすることにより図１に示した本発明のウエハ加熱装置１とした。
【００６７】
さらに、バネを有する導通端子７を装着した支持体１１にその外周部を弾性体８を介してネジ締めすることにより図１に示した本発明のウエハ加熱装置１とした。
【００６８】
まず、均熱板２の厚みｔと均熱板２の外径ｘの関係ｔ／ｘを０．００５、０．００７、０．０１３、０．０２０、０．０３０、０．０３５、０．０４０と変えた均熱板２を用いたウエハ加熱装置１を準備した。
【００６９】
そして、同心円上の支持ピン２０の突出高さｈを３０、５０、１００、２００、３００、４００μｍと変量したウエハ加熱装置１を準備した。測定方法は、凹部２１から半径１０ｍｍの円周上の４等分点の高さを基準に支持ピン２０の頭の高さを１μｍ精度のデプスゲージを用いて測定した。
【００７０】
また、中心部２ａ、中間部２ｂ、外周部２ｃにそれぞれ支持ピン２０を形成しないサンプルを準備して、この影響を調べた。
【００７１】
また、上記外周部弾性体のバネ圧を変えて、均熱板２上の中間部２ｂおよび外周部２ｃの支持ピン２０間のうねりを１０〜５０μｍと変えたサンプルを作製した。
【００７２】
なお、作製したサンプルの上記パラメータ以外の詳細は、表１に示した。
【００７３】
そして、このようにして得られたウエハ加熱装置１の導電端子７に通電して２００℃で保持し、載置面３の上に載せたウエハ表面の温度分布を、均熱板２の同心円上の各点の温度バラツキが１℃以内となることを確認した後、１５０℃に３０分保持したのち、ウエハＷを載せてウエハＷが１５０℃に保持されるまでのウエハＷ面内の温度バラツキの過渡特性を評価した。評価基準としては、ウエハＷを入れ替えた際の昇温過渡時の温度バラツキが１０℃以下のものをＯＫとし、１０℃を越えるもとをＮＧとした。また、ウエハ面の温度上昇時における温度のオーバーシュートが０．３℃以内をＯＫ、０．３℃を越えるとＮＧとした。なお、ここでいうオーバーシュートとは、均熱板２の温度を制御してウエハWの温度を所定の温度に制御する際に、勢い余ってその設定温度より高めになってしまった温度差のことである。
【００７４】
また、ウエハＷを入れ替えた際の昇温過渡評価において、ウエハ載置後５０秒以内に温度バラツキが±０．３℃以内に安定するものをＯＫとし、温度バラツキが±０．３℃以内に安定する時間が５０秒を越えるものをＮＧと判定定した。
【００７５】
上記、全項目の評価判断として、５／５ＯＫのものを◎、４／５ＯＫのものを○、３／５〜２／５を△、１／５以下を×とした。
【００７６】
結果を表１に示した。
【００７７】
【表１】

【００７８】
表１から判るように、熱板厚みｔと熱板外径ｘとの関係ｔ／ｘが０．００７より小さいＮｏ．１は、均熱板２のうねりが大きくなり昇温過渡時の温度ばらつきが１０℃以上になり、NGとなった。また、ｔ／ｘが０．０３５より大きいＮｏ．７は、均熱板２の熱容量が大きくなるため安定するまでの時間が５０秒以上となりNGであった。これに対し、ｔ／ｘが０．００７〜０．０３５であるＮｏ．２〜６は、昇温過渡時の温度ばらつきが１０℃以下、安定するまでの時間は５０秒で良好な結果が得られた。
【００７９】
また、支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈが３０μｍと低いＮｏ．８は、均熱板２からの熱をウエハＷが直接受けるため、昇温過渡時の温度ばらつきが大きくなった。また、前記突出高さｈを４００μｍとしたＮｏ．１３は、オーバーシュートは良好な結果であるが、温度が±０．３℃の範囲に安定するまでの時間が５０秒以上かかりＮＧであった。また、同円周上の支持ピン２０の突出高さｈのバラツキが２０μｍと大きなＮｏ．１６は、温度バラツキが大きくなった。これに対し、前記突出高さｈが５０〜３００μｍであるＮｏ．９〜１２およびＮｏ．１４〜１５は、温度のオーバーシュート、温度分布が±０．３℃の範囲内に安定するまでの時間が５／５全てＯＫになり、良好な結果が得られた。
【００８０】
また、前記突出高さｈを５０〜３００μｍとしたものの中で、均熱板２に支持ピン２０を設置しなかったＮｏ．１７〜１９については、ウエハ載置直後にウエハＷが撓んでしまい、温度バラツキが５ヶ中５ヶとも全て１０℃以下とすることはできなかった。
【００８１】
また、中間部２ｂおよび外周部２ｃのいずれかの支持ピン２０間のうねりが４０μｍを越えるＮｏ．２１〜２３は、温度バラツキが大きくなるので好ましくない。これに対し、前記うねりが４０μｍ以下であるＮｏ．２０、２〜６、９〜１２、１４、１５は、良好な温度分布が得られた。
【００８２】
実施例２（支持ピン形状の関係）
ここでは、ウエハＷの温度分布に対する支持ピン２０からの熱伝導の影響を調べた。支持ピン２０の形状によって生じる過渡特性に関する実験を行った。
【００８３】
まず、実施例１と同様にしてウエハ加熱装置１を作製した。
【００８４】
そして、同心円上の支持ピン２０の突出高さｈを１００μｍとし、支持ピン２０の外径を１〜１２μｍの範囲、支持ピン２０とウエハＷの接触面積を０．７〜２０ｍｍ²の範囲で調整したサンプルをサンプルを準備した。
【００８５】
なお、均熱板２は表面粗さＲａ＝０．８μｍ以下で、支持ピン２０は純度の異なるアルミナ製のセラミックスを準備した。また、これらのサンプルについて、実施例１と同様に、ウエハＷを入れ替えた際の昇温過渡時の温度バラツキ、オーバーシュートの大きさと、ウエハＷ温度が±０．３℃の範囲内に安定するまでの時間を評価した。
【００８６】
このようにして得られた結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】

【００８８】
表２より、ウエハＷの載置面３を基準としたときの支持ピン２０の突出高さｈは０．０５〜０．３ｍｍであって、かつ前記支持ピン２０の径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ前記支持ピン２０とウエハＷの接触面積は、支持ピン２０の１本あたり１０ｍｍ²以下とすれば過渡特性に有効であることが判った。支持ピン２０の影響を小さくするためには、さらに望ましくは３ｍｍ²以下が良い。
【００８９】
実施例３（熱伝導率の関係）
ここでは、支持ピン２０の熱伝導率ｙと均熱板２の熱伝導率ｓとの比ｙ／ｓと、ウエハＷの温度分布の関係を評価した。
【００９０】
サンプルは、実施例１と同様にして加工し、均熱板２の材質を炭化珪素と窒化アルミニウムとし、支持ピン２０の材質をジルコニア、アルミナ（純度９２％、９９．５％、９９．９９％、炭化珪素、窒化アルミニウムと変更して、前記ｙ／ｓの値を０．０２〜２．５６の間で変更して、評価方法は実施例１と同様な方法でサンプル間の差を調べた。
【００９１】
このようにして得られた結果を表３に示す。
【００９２】
【表３】

【００９３】
表３より、支持ピン２０と均熱板２の熱伝導率の比がｙ／ｓが０．０５より小さいＮｏ．１は、支持ピンからの熱伝導が伝わり難いので、支持ピン２０と接触した部分の温度が低くなる傾向があり、昇温過渡時の温度ばらつきが大きくなり、歩留まりが低下する傾向を示した。逆に、前記熱伝導率の比ｙ／ｓが０．６０より大きいＮｏ．１０〜１２は、支持ピン２０からの熱伝導が大きくなる傾向になり、支持ピン２０を介して早く熱が伝わるので昇温過渡時の温度ばらつきが大きくなった。これに対し、０．０５≦ｙ／ｓ≦０．６０としたＮｏ．２〜９は、ウエハＷを交換した際のウエハＷ温度の昇温過渡時のばらつきが１０℃以下となり、オーバーシュート量を小さくできるとともに、所定温度に対するウエハＷの温度が安定するまでの時間を短縮でき、その安定温度のばらつきを小さくできることが判った。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置において、前記均熱板の厚みｔと均熱板外径ｘとの関係が０．００７≦ｔ／ｘ≦０．０３５の関係であり、また載置面に該載置面からの突出高さが０．０５〜０．３ｍｍとなる複数の支持ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心からウエハ径の０．４倍の範囲内の中心部に少なくとも１点、ウエハ径の０．４〜０．８倍の範囲の中間部に少なくとも３点配列され、ウエハ径の０．８〜１倍の範囲内の最外周部に少なくとも４点以上それぞれ同心円状に配置され、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であり、かつ隣合う支持ピン間の径方向の均熱板のうねりと、隣合う支持ピン間の円周方向の均熱板のうねりを４０μｍ以下とすることにより、ウエハを交換した際のウエハ温度の昇温過渡時のばらつきが１０℃以下とし、オーバーシュート量を小さくするとともに、所定温度に対するウエハ温度が安定するまでの時間を短縮し、その安定温度のばらつきを小さくすることが可能となる。
【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】（ａ）は、本発明のウエハ加熱装置の均熱板の平面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置の支持ピン載置部の断面図である。
【図４】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図５】従来のウエハ加熱装置の均熱板を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ウエハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：発熱抵抗体
６：給電部
７：導通端子
８：弾性体
１０：熱電対
１１：支持体
２０：支持ピン
２１：凹部
２４：固定治具
ｈ：突出高さ
Ｗ：ウエハ

Claims

セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置において、前記均熱板の厚みｔと均熱板外径ｘとの関係が０．００７≦ｔ／ｘ≦０．０３５の関係であり、また載置面に該載置面からの突出高さが０．０５〜０．３ｍｍとなる複数の支持ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心からウエハ径の０．４倍の範囲内である中心部に少なくとも１点、ウエハ径の０．４〜０．８倍の範囲内である中間部に少なくとも３点、ウエハ径の０．８〜１倍の範囲内である外周部に少なくとも４点以上それぞれ同心円状に配置され、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であり、かつ隣合う支持ピン間の径方向の均熱板のうねりと、隣合う支持ピン間の円周方向の均熱板のうねりを４０μｍ以下としたことを特徴とするウエハ加熱装置。
前記支持ピンの径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ前記支持ピンとウエハの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ²以下であることを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
前記支持ピンの熱伝導率ｙ、均熱板の熱伝導率ｓの関係が０．０５≦ｙ／ｓ≦０．６０であることを特徴とする請求項１および２記載のウエハ加熱装置。