JP3872256B2

JP3872256B2 - Wafer heating device

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Publication number: JP3872256B2
Application number: JP2000158830A
Authority: JP
Inventors: 浩一長崎; 智田中; 多喜男山口; 浩触
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-29
Filing date: 2000-05-29
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2020-05-29
Also published as: JP2001338862A

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】
このうち半導体ウエハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、図８に示すような、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３３とし、他方の主面には絶縁層３４を介して発熱抵抗体３５および給電部３６が設置され、さらに弾性体３８により導通端子３７が給電部３６に押圧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により固定され、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の温度を所定の温度に保つように、導通端子３７から発熱抵抗体３５に供給される電力を調節するシステムとなっていた。また、導通端子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には、凹部４５に挿入された支持ピン４４が設置されており、ウエハＷを載置面３３に載せた際にウエハＷが載置面３３から非接触となるようにしている。そして、該支持ピン４４上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】
また、均熱板３２を構成するセラミック材料としては、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックスが用いられていた。
【０００７】
また、熱電対４０の取付構造については、特開平９−４５７５２号公報に、均熱板３２の温度を正確に制御するために、熱電対４０自体の熱引きによる影響を抑え、できるだけウエハＷに近いところで測温することが好ましいことが示されている。図９を用いて構造を説明すると、金属製の均熱板６２のウエハ載置面６３近傍に測温素子６４が挿入されている。この測温素子６４は、Ｐｔからなる測温抵抗体６６が保護管６５の中に前記載置面に対し平行となるように設置されリード線６７が結線されている。さらに保護管６５内の空所には伝熱セメント６８が充填されている。特に、発熱抵抗体を分割制御する場合は、測定の正確さと同時に測定バラツキを管理しないと均熱板の正確な温度制御ができなくなるので、このような取付構造とすることが好ましいとされていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなウエハ加熱装置において、図９に示すような測温素子６４の取付構造では、測温素子６４を均熱板６２に挿入しただけであるため、測定温度がばらついたり、均熱を良くするために熱容量を大きくすると測温の応答速度が遅くなるくという問題があった。特に、発熱抵抗体を複数のブロックに分割して温度制御する場合、ブロック毎の測温素子６４の測定温度がばらつくと、ブロック毎の制御が不均一となり、均熱板６２の温度が一定になるまでに時間が掛かるという問題があった。
【０００９】
特に、ウエハＷを均熱板６２上に差し替えした際に温度が安定するまでの過渡特性、ウエハ面内の温度バラツキが、レジストを乾燥する際に重要である。この乾燥の管理がレジストをエッチングするときのエッチング性に大きく影響し、乾燥管理が不十分であると、均一なパターンを形成できなくなるからである。
【００１０】
【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、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、前記均熱板に形成された凹部にシース型熱電対の測温部を配置し、金属製チップおよび押さえ治具により前記測温部を前記均熱板に押圧固定することにより、上記課題が解決できることを見出した。
【００１１】
また、前記シース型熱電対を、熱伝導率６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属箔を介して前記均熱板の凹部に押圧固定することにより、上記課題をさらに改善することができることを見出した。
【００１２】
また、さらに前記金属製チップの熱伝導率を均熱板２の熱伝導率に対し４０〜１７０％である材質とし、該金属製チップの上にさらに熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の押さえ治具を介して熱電対を均熱板に固定すると、さらに好ましいことが判った。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１は本発明に係るウエハ加熱装置の一例を示す断面図で、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる均熱板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、他方の主面にガラス又は樹脂等からなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成したものである。
【００１５】
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。
【００１６】
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を弾性体８を介して押圧固定することにより、導通が確保されている。
【００１７】
さらに、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支持体１１に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。
【００１８】
また、支持体１１は複数の層から構成された板状構造体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。
【００１９】
さらに、図２〜７を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。図２は、均熱板２を発熱抵抗体５側から見た平面図であり、均熱板２には各発熱抵抗体５ブロックの内部に熱電対１０を保持する部分に凹部２１が形成されている。そして、該凹部２１には、図３に示すように熱電対１０の測温部を配置し、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属製チップ２２と押さえ治具２４を介して支持棒２５により弾性的に押圧保持した構造となっている。また、弾性的な押圧力は弾性体２６により調整されている。
【００２０】
また、図５（ａ）に示すように、金属製チップ２２の表面２２ａに溝が形成されており、この溝にシース型の熱電対１０の先端測温部を埋め込んだ構造とする。この際、金属製チップ２２の表面２２ａから少し熱電対１０が突き出た構造とする方が均熱板２への押圧を確実にするために好ましい。
【００２１】
図５（ｂ）に示したように金属製チップ２２の表面２２ａに熱電対１０が完全に飛び出していると、熱電対の保持が不安定で、測定温度がばらついてしまう。
【００２２】
上記のように熱電対１０を埋め込んだ金属製チップ２２の表面２２ａを均熱板２に当接させることにより、発熱抵抗体５から発生した熱が均熱板２を介して、凹部２１の底面側から金属製チップ２２を介して熱電対１０に伝達されるようになるので、よりウエハの実温に近い温度が検知でき、バラツキを小さくすることができる。
【００２３】
前記凹部２１の深さは、均熱板２の厚みの２／３程度とすることが好ましい。また、前記凹部２１の大きさは、２〜５ｍｍφとすることが好ましい。該凹部２１の大きさが２ｍｍφ未満となると、熱電対１０の測温部に均熱板２と平行となる部分を形成できないので、熱電対１０間で測定温度がばらついてしまう。また、該凹部２１の大きさが５ｍｍφを越えると、発熱抵抗体５間のギャップが大きくなり、ウエハＷ表面の温度分布が大きくなるので好ましくない。
【００２４】
熱電対１０としては、外径が０．５〜１．５ｍｍのシース型熱電対を用いる。熱電対１０をシース型にすることにより、外部ノイズの影響を小さくし、雰囲気による腐食を防止するとともに、熱電対１０の個体間のバラツキを小さくすることが可能となる。
【００２５】
また、熱電対１０の外径が１．５ｍｍを越えて太くなると、温度変化に対し応答が遅くなると同時に、熱電対１０部分が固くなり、熱電対１０に応力がかかった際に熱電対１０が浮き上がる場合があり、正確な温度が測定できなくなる。また、熱電対１０は、可能であればさらに外径を細くすることが好ましい。
【００２６】
また、他の実施形態を図４に示すように、前記凹部２１と熱電対１０の間に、熱伝導率が６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属からなる金属箔２３を設置した構造とすることも可能である。金属箔２３は、熱電対１０を挿入した金属チップ２２と均熱板２の凹部２１との間に挿入され、弾性体の応力によって潰れることにより、前記金属チップ２２と前記凹部２１の接触の信頼性を向上させるのに有効である。
【００２７】
前記金属箔２３の材質としては、具体的にはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａlおよびこれらを主成分とする合金を使用することができる。また、金属箔は、前記凹部２１と熱電対１０接触の信頼性を高めるため、２〜５枚程度使用することが好ましい。また、使用温度が１５０℃程度であれば、金属の酸化による影響は小さいが、２００℃以上の温度で使用する場合は、金属箔２３の表面にＮｉ等の耐熱金属からなるメッキ層を形成すると、耐久性が向上する。
【００２８】
また、金属製チップ２２の熱伝導率は、均熱板２の熱伝導率に対し４０〜１７０％の範囲となるすることが好ましい。金属製チップ２２の熱伝導率が均熱板２の熱伝導率に対し４０％未満であると、金属製チップ２２の温度上昇が遅れるので、熱電対１０の指示温度の上昇が遅れ、これにより、ウエハＷ温度がオーバーシュートしてしまう。また、逆に前記熱伝導率が１７０％を越えると、熱電対が指示する温度が早く上昇するので、発熱抵抗体への電力供給が早めに遮断されるようになるので、所定温度に安定するのに多くの時間を要してしまう。
【００２９】
また、金属製チップ２２は、前記凹部２１の内径より若干小さな外径で、且つ凹部２１の深さより薄く加工されている。これは、熱電対１０により測定される温度が、均熱板２の載置面３側からの熱伝導により検知されるようにするためである。前記チップ２２の後端が凹部２１から飛び出していると、その飛び出している部分から発熱抵抗体５の熱が伝わり、載置面３の温度が上がる前に熱電対１０の指示温度が高くなってしまうので、ウエハＷの温度上昇に要する時間が見掛け上遅くなってしまう。また、前記凹部２１の側面からの熱伝導を極力抑えるため、前記金属チップ２２を前記凹部２１の側面に接触しないように設置することが好ましい。
【００３０】
さらに、押さえ治具２４に要求される性能は、発熱抵抗体５の発熱による熱が押さえ治具２４側から金属チップ２２への直接伝わることを抑制すると同時に、金属チップ２２を押圧固定する点にある。そこで、押さえ治具２４としては、均熱板２の表面に形成した発熱抵抗体５の発熱による影響を小さくため、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料を用いる。これが、押さえ治具２４の熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を越えるものとなると、発熱抵抗体５からの熱を金属チップに伝達し、熱電対の指示温度が早く上昇するためウエハＷの加熱時間が不足し、温度が安定するのに時間を要してしまうためである。具体的には、アルミナ、ジルコニア、ムライト、コージライト等のセラミック材料やステンレスからなるものを使用することが可能である。
【００３１】
また、図６に示したように、押さえ治具２４は金属チップ２２に接する面の少なくとも一部に切り欠き２９を形成した柱状体として、金属チップ２２との接触面積を小さくして、熱伝達する断面積を小さくすることが好ましい。または、押さえ治具２４として筒状体を使用しても構わない。
【００３２】
さらに、熱電対１０を弾性的に押圧するための弾性体２６の形状としては、図３、４に示したようにコイルバネ状のものや、例えばＶ字型、Ｕ字型、Ｗ字型に曲げられた板バネを用いることができる。弾性体２６の材質としては、インコネル、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金、ステンレス等の材質からなるものを使用することが可能である。また、２００℃以下の低温領域で使用する場合は、テフロン等の材質からなる樹脂製の弾性体２６を使用することも可能である。
【００３３】
このように、熱電対１０を弾性的に押圧することにより、異常が発生した場合の交換が容易であり、使用中の熱サイクルにより各構成要素間の熱膨張差が原因で発生する熱応力を容易に緩和することができる。熱応力の緩和は、熱電対の耐久性向上にも寄与する。
【００３４】
これらの弾性体２６で熱電対１０を凹部２１に押圧固定する軸力は、５Ｎ以上、さらに好ましくは１０Ｎ以上とする。もし、この押圧力が５Ｎより小さいと、使用中の温度サイクルによる膨張収縮により移動した熱電対１０の位置が元の位置に戻りにくくなり、測定温度のバラツキが大きくなるという不具合が生じる。
【００３５】
そして、金属チップ２２と押さえ治具２４、支持棒２５には、図７に示すように、それぞれの接触部に回転防止用の凸部２７と凹部２８を相互にかみ合うように形成することにより、熱電対の回転を抑えることが可能となる。
【００３６】
なお、発熱抵抗体５を複数のゾーンに分割して温度制御する場合は、ゾーンの数に応じて、熱電対１０の数を増やすことが好ましい。これにより、ウエハＷの温度をより実温に近い値に制御することが可能となる。また、この場合は特に、熱電対１０個々の設置条件を均一にする必要がある。これは、個々の熱電対１０間の温度検知がばらつくと、個々の発熱抵抗体５ブロックの制御がばらつき、昇温過渡時のウエハの温度分布に悪影響を与えるためである。
【００３７】
さらに、図１において、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。
【００３８】
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により半導体ウエハ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。
【００３９】
このとき、本発明によれば、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の温度ばらつき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。
【００４０】
ところで、このような特性を満足するには、均熱板２の板厚を１ｍｍ〜７ｍｍとすることが良い。これは、板厚が１ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために温度ばらつき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ばらつきがそのまま載置面３の温度ばらつきとして表れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚が７ｍｍを越えると、均熱板２の熱容量が大きくなり過ぎ、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。
【００４１】
また、以上詳述した本発明のウエハ加熱装置において、図１に示すように、均熱板２の表面に、絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成し、発熱抵抗体５を露出させてあることから、使用条件等に合わせて載置面３の温度分布が均一となるように、発熱抵抗体５にトリミングを施して抵抗値を調整することもできる。
【００４２】
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。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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
炭化珪素質焼結体からなる均熱板２の表面に絶縁層４を形成する場合、予め表面を酸化処理することにより、０．０５〜２μｍ厚みのＳｉＯ₂からなる酸化膜１２を形成したのち、さらにその表面に絶縁層４を形成する
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。
【００５１】
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を傷付け、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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ておくことで、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
また、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の酸化を防止することができる。
【００５７】
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２０℃〜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易いからである。
【００５８】
【実施例】
実施例１
熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径２３０ｍｍの円盤状をした均熱板２を複数製作し、各均熱板２の一方の主面に絶縁層４を被着するため、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、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Ｐｄ粉末を添加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、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の発熱抵抗体５を形成した。発熱抵抗体５は中心部と外周部を周方向に４分割した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。
【００５９】
また、支持体１１は、主面の３０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのステンレスからなる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、同じくステンレス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。
【００６０】
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。
【００６１】
また、窒化アルミニウムを主成分とし、焼結助剤として５重量％のＹ₂Ｏ₃を含有する１ｍｍのグリーンシートを５枚積層して５ｍｍにしたグリーンシート上に、ＷＣからなる発熱抵抗体を所望の形状に形成し、その上に電極引出部となるＷＣからなるペーストを充填したビアホールを形成した別のグリーンシートを５ｍｍ分重ねて密着したものから円盤状の生成形体を切り出し、これを窒素ガス中８００℃で脱脂したのち、１９００〜２１００℃で焼成して円盤状の窒化アルミニウムからなる均熱板２を得た。
【００６２】
そして、転写法により金ペーストからなる給電部６を形成し、９００℃で焼き付け処理した。その後、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を介してネジ締めした。
【００６３】
さらに、熱電対１０の保持部については、分割形成された発熱抵抗体５それぞれの中心に均熱板２の厚みの２／３の深さの４．５ｍｍφの凹部を形成し、図３に示したように熱電対１０を埋め込んだ金属チップ２２、押さえ治具２４を順に重ね、これらを支持棒２５により弾性的に保持するようにして、本発明のウエハ加熱装置を作製した。
そして、比較例として図９に示した熱電対の保持方法を用いたサンプルを作製した。炭化珪素質セラミックスからなる均熱板２に、均熱板２の厚みの２／３の深さの４．５ｍｍφの凹部を形成し、図９に示したように前記凹部にステンレスからなる保護管を挿入し固定した。前記保護管の中には、その先端部にリード線６７が結線された測温抵抗体６６を設置し、その上に伝熱セメント６８を充填した。このようにして、Ｎｏ．２のウエハ加熱装置１を作製した。
【００６４】
そして、このようにして得られた本発明実施例及び比較例の２種類のウエハ加熱装置１の導電端子７に通電して２５０℃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中心とウエハ半径の１／２の周上の６分割点６点の合計７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を載置面２に載せて温度が１５０℃±０．５℃に安定するまでの昇温時間を各サンプル５サイクル調査しその最大値を測定値とした。また、前記温度バラツキが１℃以内になるまでの時間を確認した。
【００６５】
評価基準としては、ウエハ面の温度上昇時の温度バラツキが１０℃以内であるものをＯＫとし、それ以上となるものはＮＧとした。また、温度が安定するまでの時間は、６０秒以内のものをＯＫとし、それ以上となるものは、ＮＧとした。
【００６６】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００６７】
【表１】

【００６８】
表１から判るように、Ｎｏ．２に示す比較例のウエハ加熱装置１は、測温部の熱容量が大きくなるため、昇温過渡時の測温抵抗体６６間相互の測定温度バラツキは４．５℃と小さくなるが、温度が安定するまでの時間が１２０秒と非常に遅くなった。
【００６９】
これに対し、図３に示した構造で熱電対１０を固定した本発明のウエハ加熱装置のＮｏ．１は、昇温過渡時の熱電対１０間相互の測定温度バラツキは６．５℃であり、温度が安定するまでの時間が３８秒と良好な加熱特性を有することが判った。
【００７０】
実施例２
ここでは、均熱板２の凹部２１に熱伝導率の異なる金属箔２３を設置したウエハ加熱装置１と、金属箔２３を設置しないウエハ加熱装置を作製し、ウエハＷを載置面２に載せた場合に、ウエハＷの温度が設定温度になるまでの安定時間との関係を調査した。
【００７１】
金属箔２３として、厚み１５μｍのＡｇ（熱伝導率４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｃｕ（熱伝導率４１３Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａｕ（熱伝導率２９７Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａｌ（熱伝導率２０３Ｗ／ｍ・Ｋ））、Ｎｉ（熱伝導率８４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｐｔ（熱伝導率６９Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ステンレス（熱伝導率４０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いて、上記評価を実施した。他は、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。なお、それぞれの金属箔の設置枚数は、３枚とした。
【００７２】
各ウエハ加熱装置１の導通端子７に通電して２５０℃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中心とウエハ半径の１／２の周上の６分割点６点の合計７点の温度バラツキが１℃以内となることを確認した後、ウエハＷを載せて８０℃に３０分保持したのち、ウエハＷの温度が１５０℃±０．５℃に安定するまでの昇温時間を各サンプル５サイクル調査しその最大値を測定値とした。
【００７３】
測定結果を表２に示した。
【００７４】
【表２】

【００７５】
表２から判るように、金属箔の熱伝導率が６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であるＮｏ．７と金属箔２３を設置しないＮｏ．８は、前記昇温時間が６０秒と遅くなった。これに対し、熱伝導率が６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であるＮｏ．１〜６は、５０秒以下の良好な昇温時間となった。
【００７６】
実施例３
ここでは、金属製チップ２２と押さえ治具２４の熱伝導率を変更した場合にウエハＷの温度が設定温度になるまでの安定時間との関係を調査した。
【００７７】
金属製チップ２２の材質として、Ｃｕ（熱伝導率３９４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａｕ（熱伝導率２９３Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａｌ（熱伝導率２３８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ａｌ合金３種（熱伝導率１９２、１３４、１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｎｉ（熱伝導率８４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｆｅ（熱伝導率６９Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ステンレス（熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用い、押さえ治具の材質として、Ａｌ（熱伝導率２３８Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｎｉ（熱伝導率８４Ｗ／（ｍ・Ｋ））、Ｆｅ合金（熱伝導率５０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ステンレス（熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、アルミナ（熱伝導率２５Ｗ／（ｍ・Ｋ））、ジルコニア（熱伝導率４Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いて、これらを組み合わせた。
【００７８】
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２５０℃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中心とウエハ半径の１／２の周上の６分割点６点の合計７点の温度バラツキが１℃以内となることを確認した後、ウエハＷを載せて８０℃に３０分保持したのち、ウエハＷの温度が１５０℃±０．５℃に安定するまでの昇温時間を各サンプル５サイクル調査しその最大値を測定値とした。また、ウエハＷの温度が設定温度に安定するまでの安定性を評価し、温度が設定温度範囲になってからダラダラと変化するものは△とし、安定性良好なものを○とした。
【００７９】
その他の工程は、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。
【００８０】
結果を、表３に示した。
【００８１】
【表３】

【００８２】
表３から判るように、押さえ治具２４を熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のステンレスとし、金属製チップ２２の熱伝導率を均熱板２のそれに対し１７０％を越えるものとしたＮｏ．１〜３は、昇温速度は良好であるが、１５０℃±０．５℃に保持した場合の温度が徐々に降下する傾向があるので、好ましくない。また、金属製チップ２２の熱伝導率が均熱板２のそれに対し４０％以下となるＮｏ．９は、金属製チップ２２の熱伝導率が低いため金属製チップ２２の昇温が遅れウエハＷ温度のオーバーシフトが発生し均熱を達成するのに時間を要するので好ましくない。
【００８３】
また、押さえ治具２４を熱伝導率５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を越えるものとしたＮｏ．１０、１１は、発熱抵抗体５からの熱を直接押さえ治具が受け、金属製チップ２２の温度が早く上昇するので、均熱板２の加熱が不足気味となり、ウエハの加熱に時間を要してしまう。
【００８４】
これに対し、金属製チップ２２の熱伝導率を均熱板２のそれに対し４０〜１７０％とし、押さえ治具２４の熱伝導率を５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下としたＮｏ．４〜８、１２〜１５は、昇温時間が３０〜５０秒であり、温度安定性も良好であった。
【００８５】
実施例４
ここでは、押さえ治具２４の形状と均熱板２の昇温特性および熱電対１１保持の信頼性との関係について評価した。押さえ治具２４の材質はステンレスとしその形状を、図３に示すような円柱体、図６に示すような円柱体の底面部に切り欠き２９を形成したもの、図７に示すような円筒体を用いて、それぞれその他の工程は実施例１と同様にして試料を作製した。また、円筒体は、図７に示したように回転防止用の突起２８と切り欠き２７を形成したもの、突起２８と切り欠き２７を形成しないものを用いた。
【００８６】
そして評価は、９０℃保持から１５０℃へ設定温度を変更した際のウエハＷの温度が１５０±０．５℃に入るまでの昇温時間を評価した。
【００８７】
また、これらのサンプルに振幅５ｍｍ×５Ｇ×２時間の振動試験を施し、振動試験前後の昇温速度の変化率を評価した。ウエハＷの温度が１５０±０．５℃に入るまでの、ウエハＷ温度の挙動を調べて、昇温時間の変化率が５％を越えるものを△とし、前記変化率が５％以下となるものを○として評価した。
【００８８】
結果を表４に示した。
【００８９】
【表４】

【００９０】
表４から判るように、押さえ治具２４の形状を円柱状としたＮｏ．１は、昇温時間が４２秒となったのに対し、円柱状の押さえ治具２４の金属製チップ２２側の面に切り欠き２９を形成したＮｏ．２、円筒状の押さえ治具２４を使用したＮｏ．３、４は、昇温時間が４０秒以下と良好な昇温特性を示した。
【００９１】
【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、前記均熱板に形成された凹部にシース型熱電対の測温部を配置し、金属製チップおよび押さえ治具により前記測温部を押圧固定するとともに、前記押さえ治具が、筒状体または切り欠きを有する柱状体からなること、または、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、前記均熱板に形成された凹部にシース型熱電対の測温部を配置し、金属製チップおよび押さえ治具により前記測温部を押圧固定するとともに、前記金属製チップ、押さえ治具、及びこれらを押さえる支持棒の各接触部に回転防止用の溝と突起が形成されていることにより、良好なウエハの温度調整ができるようになった。
【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均熱板を示す平面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置の熱電対設置部を示す断面図である。
【図４】本発明のウエハ加熱装置の熱電対設置部を示す他の断面図である。
【図５】（ａ）は本発明のウエハ加熱装置の熱電対を保持した金属チップの断面図であり、（ｂ）はその比較例である。
【図６】本発明のウエハ加熱装置の熱電対設置部の他の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明のウエハ加熱装置の熱電対設置部の他の実施形態を示す展開斜視図である。
【図８】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図９】従来のウエハ加熱装置の熱電対設置部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：支持体
８：弾性体
１０：熱電対
２２：金属チップ
２３：金属箔
２４：押さえ治具
２５：支持棒
Ｗ：半導体ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer heating apparatus mainly used for heating a wafer. For example, a semiconductor thin film is formed on a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or a circuit substrate, or applied to the wafer. It is suitable for forming a resist film by drying and baking a resist solution.
[0002]
[Prior art]
For example, a wafer heating apparatus is used to heat a semiconductor wafer (hereinafter abbreviated as a wafer) in a semiconductor thin film forming process, an etching process, a resist film baking process, and the like in a manufacturing process of a semiconductor manufacturing apparatus. Yes.
[0003]
Conventional semiconductor manufacturing equipment used batch-type processing that forms a plurality of wafers together. To increase processing accuracy as the wafer size increases from 8 inches to 12 inches, In recent years, a method called single wafer processing for processing one sheet at a time has been implemented. However, if the single wafer type is used, the number of processes per process decreases, so that it is necessary to shorten the wafer processing time. For this reason, the wafer support member has been required to improve the heating temperature accuracy at the same time as shortening the heating time of the wafer and speeding up the adsorption and desorption of the wafer.
[0004]
Among these, in forming a resist film on a semiconductor wafer, one main surface of a soaking plate 32 made of ceramics such as aluminum nitride or alumina as shown in FIG. 8 is used as a mounting surface 33 on which the wafer W is placed. On the other main surface, a heating element 35 and a power feeding unit 36 are provided via an insulating layer 34, and a wafer heating device 31 having a structure in which a conduction terminal 37 is pressed and fixed to the power feeding unit 36 by an elastic body 38 is used. It was done. The soaking plate 32 is fixed to the support 41 with bolts 47, and a thermocouple 40 is inserted into the soaking plate 32 so that the temperature of the soaking plate 32 is maintained at a predetermined temperature. In this system, the power supplied from the conduction terminal 37 to the heating resistor 35 is adjusted. In addition, the conduction terminal 37 is fixed to the plate-like structure portion 43 through the insulating layer 39.
[0005]
Support pins 44 inserted into the recesses 45 are installed on the mounting surface 33 of the wafer heating device 31. When the wafer W is mounted on the mounting surface 33, the wafer W is not removed from the mounting surface 33. To be in contact. Then, after placing the wafer W coated with a resist solution on the support pins 44, the heating resistor 35 is heated to heat the wafer W on the mounting surface 33 through the heat equalizing plate 32. The resist solution is dried and baked to form a resist film on the wafer W.
[0006]
Further, as the ceramic material constituting the soaking plate 32, nitride ceramics or carbide ceramics have been used.
[0007]
As for the mounting structure of the thermocouple 40, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-45752 discloses that the temperature of the soaking plate 32 can be accurately controlled by suppressing the influence of heat of the thermocouple 40 itself, and as much as possible on the wafer W. It is shown that it is preferable to measure the temperature in the vicinity. The structure will be described with reference to FIG. 9. A temperature measuring element 64 is inserted in the vicinity of the wafer mounting surface 63 of a metal heat equalizing plate 62. The temperature measuring element 64 has a temperature measuring resistor 66 made of Pt installed in the protective tube 65 so as to be parallel to the mounting surface, and a lead wire 67 is connected thereto. Further, a heat transfer cement 68 is filled in a void in the protective tube 65. In particular, when the heating resistor is divided and controlled, it is preferable to use such a mounting structure because accurate temperature control of the heat equalizing plate cannot be performed unless measurement variation is managed at the same time as measurement accuracy. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the wafer heating apparatus as described above, in the mounting structure of the temperature measuring element 64 as shown in FIG. 9, the temperature measuring element 64 is only inserted into the temperature equalizing plate 62, so that the measured temperature varies or is equalized. If the heat capacity is increased to improve heat, the response speed of temperature measurement becomes slow. In particular, when the temperature is controlled by dividing the heating resistor into a plurality of blocks, if the temperature measured by the temperature measuring element 64 varies from block to block, the control from block to block becomes non-uniform, and the temperature of the soaking plate 62 is kept constant. There was a problem that it took time to become.
[0009]
In particular, transient characteristics until the temperature stabilizes when the wafer W is replaced on the soaking plate 62 and temperature variations in the wafer surface are important when drying the resist. This is because the drying management greatly affects the etching property when the resist is etched, and if the drying management is insufficient, a uniform pattern cannot be formed.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have one main surface of a soaking plate made of ceramics as a wafer mounting surface and a heating resistor on the other main surface or inside, and the heat generation In the wafer heating apparatus comprising a power feeding part electrically connected to the resistor on the other main surface, a temperature measuring part of a sheathed thermocouple is disposed in a recess formed in the heat equalizing plate, and a metal It has been found that the above problem can be solved by pressing and fixing the temperature measuring unit to the heat equalizing plate with a chip and a holding jig.
[0011]
Further, the sheath type thermocouple has a thermal conductivity of 65 W / ( m ・ K ) It has been found that the above problem can be further improved by pressing and fixing to the concave portion of the soaking plate through the above metal foil.
[0012]
Furthermore, the thermal conductivity of the metal chip is 40 to 170% of the thermal conductivity of the soaking plate 2, and the thermal conductivity is further 50 W / over on the metal chip. ( m ・ K ) It has been found that it is more preferable to fix the thermocouple to the soaking plate through the following holding jig.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0014]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer heating apparatus according to the present invention, and shows one main surface of a soaking plate 2 made of ceramics mainly composed of silicon carbide, boron carbide, boron nitride, silicon nitride or aluminum nitride. In addition to the mounting surface 3 on which the wafer W is placed, a heating resistor 5 is formed on the other main surface through an insulating layer 4 made of glass or resin.
[0015]
As the pattern shape of the heating resistor 5, a pattern shape that can heat the mounting surface 3 uniformly, such as a substantially concentric or spiral shape composed of an arc-shaped electrode portion and a linear electrode portion. I need it. In order to improve the heat uniformity, the heating resistor 5 can be divided into a plurality of patterns.
[0016]
In addition, the heating resistor 5 is formed with a power feeding portion 6 made of a material such as gold, silver, palladium, platinum or the like, and a conduction terminal 7 is pressed and fixed to the power feeding portion 6 via an elastic body 8 to thereby conduct electricity. Is secured.
[0017]
Further, the bolts 17 are passed through the outer periphery of the heat equalizing plate 2 and the support 11, and the nut 19 is screwed in via the elastic body 8 and the washer 18 from the heat equalizing plate 2 side, thereby elastically attaching to the support 11. It is fixed. As a result, even when the temperature of the soaking plate 2 is changed or the temperature of the soaking plate 2 is fluctuated by placing a wafer on the mounting surface 3 and the support 11 is deformed, the elastic body 8 absorbs this. Thus, warpage of the soaking plate 2 can be prevented, and temperature distribution on the surface of the wafer W during heating of the wafer W can be prevented.
[0018]
The support 11 includes a plate-like structure 13 composed of a plurality of layers and a side wall, and the plate-like structure 13 has a conductive terminal 7 for supplying power to the heating resistor 5 with an insulating material 9. An air injection port (not shown) and a thermocouple holding unit are formed.
[0019]
Furthermore, the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a plan view of the soaking plate 2 as viewed from the side of the heating resistor 5. The soaking plate 2 has a recess 21 formed in a portion for holding the thermocouple 10 inside each heating resistor 5 block. ing. In the concave portion 21, a temperature measuring portion of the thermocouple 10 is disposed as shown in FIG. 3, and the thermal conductivity is 100 W / ( m ・ K ) It has a structure in which it is elastically pressed and held by the support rod 25 via the metal tip 22 and the holding jig 24 described above. The elastic pressing force is adjusted by the elastic body 26.
[0020]
Further, as shown in FIG. 5A, a groove is formed on the surface 22a of the metal tip 22, and the tip temperature measuring portion of the sheath type thermocouple 10 is embedded in the groove. At this time, a structure in which the thermocouple 10 slightly protrudes from the surface 22 a of the metal tip 22 is preferable in order to ensure the pressing to the heat equalizing plate 2.
[0021]
As shown in FIG. 5 (b), when the thermocouple 10 completely protrudes from the surface 22a of the metal tip 22, the thermocouple is unstablely held and the measurement temperature varies.
[0022]
As described above, the surface 22a of the metal chip 22 in which the thermocouple 10 is embedded is brought into contact with the soaking plate 2, so that the heat generated from the heating resistor 5 passes through the soaking plate 2 and the bottom surface of the recess 21. Since it is transmitted from the side to the thermocouple 10 via the metal chip 22, a temperature closer to the actual temperature of the wafer can be detected, and variations can be reduced.
[0023]
The depth of the recess 21 is preferably about 2/3 of the thickness of the soaking plate 2. The size of the recess 21 is preferably 2 to 5 mmφ. If the size of the recess 21 is less than 2 mmφ, a portion parallel to the soaking plate 2 cannot be formed in the temperature measuring part of the thermocouple 10, so that the measured temperature varies between the thermocouples 10. On the other hand, if the size of the recess 21 exceeds 5 mmφ, the gap between the heating resistors 5 becomes large, and the temperature distribution on the surface of the wafer W becomes large, which is not preferable.
[0024]
As the thermocouple 10, a sheath type thermocouple having an outer diameter of 0.5 to 1.5 mm is used. By making the thermocouple 10 into a sheath type, it is possible to reduce the influence of external noise, prevent corrosion due to the atmosphere, and reduce variations between individual thermocouples 10.
[0025]
Further, when the outer diameter of the thermocouple 10 becomes thicker than 1.5 mm, the response to the temperature change becomes slow, and at the same time, the thermocouple 10 portion becomes hard, and the thermocouple 10 becomes unstressed when the thermocouple 10 is stressed. It may float up, making it impossible to measure the exact temperature. Moreover, it is preferable that the outer diameter of the thermocouple 10 is further reduced if possible.
[0026]
In another embodiment, as shown in FIG. 4, the thermal conductivity is 65 W / b between the recess 21 and the thermocouple 10. ( m ・ K ) It is also possible to adopt a structure in which the metal foil 23 made of the above metal is installed. The metal foil 23 is inserted between the metal chip 22 into which the thermocouple 10 is inserted and the recess 21 of the soaking plate 2, and is crushed by the stress of the elastic body, whereby the contact between the metal chip 22 and the recess 21 is reliable. It is effective in improving the performance.
[0027]
As the material of the metal foil 23, specifically, Au, Ag, Cu, Al, and alloys containing these as main components can be used. In addition, it is preferable to use about 2 to 5 metal foils in order to increase the reliability of contact between the concave portion 21 and the thermocouple 10. . Ma If the operating temperature is about 150 ° C., the influence of metal oxidation is small, but when used at a temperature of 200 ° C. or higher, a plating layer made of a heat-resistant metal such as Ni is formed on the surface of the metal foil 23. , Durability is improved.
[0028]
The thermal conductivity of the metal tip 22 is preferably in the range of 40 to 170% with respect to the thermal conductivity of the soaking plate 2. If the thermal conductivity of the metal tip 22 is less than 40% of the thermal conductivity of the soaking plate 2, the temperature rise of the metal tip 22 is delayed, and therefore the rise in the indicated temperature of the thermocouple 10 is delayed. The wafer W temperature overshoots. Conversely, if the thermal conductivity exceeds 170%, the temperature indicated by the thermocouple rises quickly, so that the power supply to the heating resistor is shut off early, so that the temperature is stabilized at a predetermined temperature. It takes a lot of time.
[0029]
The metal tip 22 is processed to have an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the recess 21 and thinner than the depth of the recess 21. This is because the temperature measured by the thermocouple 10 is detected by heat conduction from the placement surface 3 side of the soaking plate 2. If the rear end of the chip 22 protrudes from the recess 21, the heat of the heating resistor 5 is transmitted from the protruding portion, and the indicated temperature of the thermocouple 10 increases before the temperature of the mounting surface 3 rises. Therefore, the time required for the temperature rise of the wafer W is apparently delayed. Further, in order to suppress heat conduction from the side surface of the recess 21 as much as possible, it is preferable that the metal chip 22 is installed so as not to contact the side surface of the recess 21.
[0030]
Further, the performance required for the holding jig 24 is that the heat generated by the heating resistor 5 is prevented from being directly transmitted from the holding jig 24 side to the metal chip 22 and at the same time the metal chip 22 is pressed and fixed. is there. Therefore, as the holding jig 24, in order to reduce the influence of heat generated by the heating resistor 5 formed on the surface of the soaking plate 2, the thermal conductivity is 50 W / ( m ・ K ) The following materials are used. This means that the thermal conductivity of the holding jig 24 is 50 W / ( m ・ K ) If it exceeds 1, the heat from the heating resistor 5 is transferred to the metal chip, and the indicated temperature of the thermocouple rises quickly, so the heating time of the wafer W is insufficient, and it takes time to stabilize the temperature. It is because it ends. Specifically, it is possible to use a ceramic material such as alumina, zirconia, mullite, cordierite, or stainless steel.
[0031]
Further, as shown in FIG. 6, the holding jig 24 is a columnar body in which a notch 29 is formed on at least a part of the surface in contact with the metal chip 22, and the contact area with the metal chip 22 is reduced to transfer heat. It is preferable to reduce the sectional area. Alternatively, a cylindrical body may be used as the holding jig 24.
[0032]
Further, as the shape of the elastic body 26 for elastically pressing the thermocouple 10, it is bent into a coil spring shape, for example, a V shape, a U shape or a W shape as shown in FIGS. A flat leaf spring can be used. As a material of the elastic body 26, a material made of a material such as Inconel, Fe—Co—Ni alloy, stainless steel or the like can be used. Further, when used in a low temperature region of 200 ° C. or lower, it is possible to use a resin-made elastic body 26 made of a material such as Teflon.
[0033]
In this way, by pressing the thermocouple 10 elastically, it is easy to replace when an abnormality occurs, and the thermal stress generated due to the difference in thermal expansion between each component due to the thermal cycle during use is reduced. Can be easily relaxed. The relaxation of thermal stress also contributes to improving the durability of the thermocouple.
[0034]
The axial force for pressing and fixing the thermocouple 10 to the recess 21 with these elastic bodies 26 is 5N or more, more preferably 10N or more. If the pressing force is less than 5N, the position of the thermocouple 10 that has moved due to expansion and contraction due to the temperature cycle in use is difficult to return to the original position, and there is a problem that the variation in measured temperature increases.
[0035]
Then, as shown in FIG. 7, the metal chip 22, the holding jig 24, and the support rod 25 are formed so that the rotation prevention convex portions 27 and the concave portions 28 are engaged with each other, as shown in FIG. It becomes possible to suppress the rotation of the thermocouple.
[0036]
In addition, when dividing the heating resistor 5 into a plurality of zones and controlling the temperature, it is preferable to increase the number of thermocouples 10 according to the number of zones. Thereby, the temperature of the wafer W can be controlled to a value closer to the actual temperature. In this case, in particular, it is necessary to make the installation conditions of each thermocouple 10 uniform. This is because if the temperature detection between the individual thermocouples 10 varies, the control of the individual heating resistor 5 blocks varies, which adversely affects the temperature distribution of the wafer during the temperature rise transient.
[0037]
Further, in FIG. 1, the metal support 11 has a side wall portion and a plate-like structure 13, and the plate-like structure 13 has an opening corresponding to 5 to 50% of the area. . In addition, the plate-like structure 13 is also cooled with a conduction terminal 7 for conducting electricity with a power feeding portion 6 for feeding electricity to the heating resistor 5 of the soaking plate 2 and the soaking plate 2 as needed. A gas jet for performing the operation and a thermocouple 10 for measuring the temperature of the soaking plate 2 are installed.
[0038]
In addition, lift pins (not shown) are installed in the support 11 so as to be able to move up and down, and are used for placing the wafer W on the placement surface 3 and lifting it from the placement surface 3. In order to heat the semiconductor wafer W by the wafer heating apparatus 1, the wafer W carried to the upper side of the mounting surface 3 by the unillustrated transfer arm is supported by the lift pins, and then the lift pins are lowered to move the wafer W. Is placed on the mounting surface 3. Next, the power supply unit 6 is energized to cause the heating resistor 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.
[0039]
At this time, according to the present invention, the soaking plate 2 is made of a silicon carbide sintered body, a boron carbide sintered body, a boron nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, or an aluminum nitride sintered body. Because it is formed, deformation is small even when heat is applied, and the plate thickness can be reduced, so that the heating time until heating to a predetermined processing temperature and the cooling time until cooling from the predetermined processing temperature to near room temperature Can be shortened, productivity can be increased, and 60W / ( m ・ K ) Since it has the above thermal conductivity, Joule heat of the heating resistor 5 can be quickly transmitted even with a thin plate thickness, and the temperature variation of the mounting surface 3 can be extremely reduced. In addition, since it does not react with moisture in the atmosphere to generate gas, even if it is used for applying a resist film on the semiconductor wafer W, it does not adversely affect the structure of the resist film and is fine. Wiring can be formed with high density.
[0040]
By the way, in order to satisfy such characteristics, the thickness of the soaking plate 2 is preferably set to 1 mm to 7 mm. This is because when the plate thickness is less than 1 mm, the plate thickness is too thin, so that the effect as the heat equalizing plate 2 for leveling the temperature variation is small, and the variation in Joule heat in the heating resistor 5 remains as it is. This is because it is difficult to achieve a uniform temperature on the mounting surface 3 because the heat capacity of the heat equalizing plate 2 becomes too large and is heated to a predetermined processing temperature. This is because the heating time up to and the cooling time when changing the temperature become long, and the productivity cannot be improved.
[0041]
Further, in the wafer heating apparatus of the present invention described in detail above, as shown in FIG. 1, a heating resistor 5 is formed on the surface of the soaking plate 2 via an insulating layer 4 to expose the heating resistor 5. Therefore, the resistance value can be adjusted by trimming the heating resistor 5 so that the temperature distribution of the mounting surface 3 becomes uniform according to the use conditions and the like.
[0042]
Moreover, as ceramics which form the soaking | uniform-heating board 2, what has as a main component any one or more of silicon carbide, boron carbide, boron nitride, silicon nitride, and aluminum nitride can be used. As the silicon carbide sintered body, a sintering aid containing boron (B) and carbon (C) as sintering aids for the main component silicon carbide, or a sintering aid for the main component silicon carbide. Alumina (Al ₂ O _Three ) And Yttria (Y ₂ O _Three ) And sintered at 1900 to 2200 ° C., and silicon carbide may be either α-type or β-type.
[0043]
The boron carbide sintered body is obtained by mixing 3 to 10% by weight of carbon as a sintering aid with boron carbide as a main component, and performing hot press firing at 2000 to 2200 ° C. be able to.
[0044]
In the boron nitride sintered body, 30 to 45% by weight of aluminum nitride and 5 to 10% by weight of rare earth element oxide are mixed as a sintering aid with respect to boron nitride as a main component, and 1900 to 2100. A sintered body can be obtained by hot-press firing at ° C. Another method for obtaining a sintered body of boron nitride is to mix and sinter borosilicate glass, but this is not preferable because the thermal conductivity is significantly reduced.
[0045]
The silicon nitride sintered body is composed of 3 to 12% by weight of rare earth element oxide and 0.5 to 3% by weight of Al as a sintering aid with respect to silicon nitride as a main component. ₂ O _Three Furthermore, SiO contained in the sintered body ₂ SiO in an amount of 1.5 to 5% by weight ₂ Can be mixed and subjected to hot press firing at 1650 to 1750 ° C. to obtain a sintered body. SiO shown here ₂ The amount is SiO generated from impurity oxygen contained in the silicon nitride raw material. ₂ And SiO as impurities contained in other additives ₂ And intentionally added SiO ₂ Is the sum of
[0046]
In addition, as an aluminum nitride sintered body, Y is used as a sintering aid for the main component aluminum nitride. ₂ O _Three And Yb ₂ O _Three It 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.
[0047]
These sintered bodies are used by selecting a material depending on the application. For example, when used for drying a resist film, a nitride reacts with moisture to generate ammonia gas, which cannot be used because it adversely affects the resist film. Further, in the case of a CVD wafer heating apparatus that may be used at a high temperature of about 800 ° C., the boron nitride-based material containing a large amount of glass is deformed during use, so that the soaking property of the soaking plate 2 is reduced. It may be damaged.
[0048]
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.
[0049]
On the other hand, when a silicon carbide sintered body is used as the soaking plate 2, glass or resin is used as the insulating layer 4 that keeps insulation between the soaking plate 2 and the heating resistor 5 having some conductivity. In the case of using glass, 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 350 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 μm to 350 μm, and preferably in the range of 200 μm to 350 μm.
[0050]
When the insulating layer 4 is formed on the surface of the soaking plate 2 made of a silicon carbide-based sintered body, the surface is oxidized in advance to obtain a SiO2 having a thickness of 0.05 to 2 μm. ₂ After the oxide film 12 made of is formed, the insulating layer 4 is further formed on the surface thereof
When the soaking plate 2 is formed of a ceramic sintered body containing aluminum nitride as a main component, the insulating layer 4 made of glass is formed in order to improve the adhesion of the heating resistor 5 to the soaking plate 2. Form. However, when sufficient glass is added in the heating resistor 5 and sufficient adhesion strength is obtained by this, it can be omitted.
[0051]
Next, when a resin is used for the insulating layer 4, when the thickness is less than 30 μm, the withstand voltage is less than 1.5 kV and the insulation cannot be maintained, and the heating resistor 5 is trimmed by laser processing or the like. If the insulating layer 4 is scratched and does not function as the insulating layer 4, and if the thickness exceeds 150 μm, the amount of evaporation of solvent and moisture generated during the baking of the resin increases. A so-called foam-like peeling portion is formed, and heat transfer is deteriorated due to the presence of the peeling portion, so that the soaking of the mounting surface 3 is inhibited. Therefore, when using resin as the insulating layer 4, it is preferable to form the thickness of the insulating layer 4 in the range of 30 μm to 150 μm, and desirably in the range of 60 μm to 150 μm.
[0052]
Moreover, as resin which forms the insulating layer 4, when the heat resistance of 200 degreeC or more and the adhesiveness with the heating resistor 5 are considered, a polyimide resin, a polyimide amide resin, a polyamide resin, etc. are preferable.
[0053]
As a means for depositing the insulating layer 4 made of glass or resin on the soaking plate 2, an appropriate amount of the glass paste or resin paste is dropped on the center of the soaking plate 2 and stretched by a spin coating method to be uniform. Or after applying uniformly by screen printing, dipping, spray coating, etc., the temperature is 600 ° C. for glass paste and the temperature is 300 ° C. or more for resin paste. Just burn it in. Further, when glass is used as the insulating layer 4, the soaking plate 2 made of a silicon carbide sintered body or a boron carbide sintered body is heated to a temperature of about 1200 ° C. in advance, and the surface on which the insulating layer 4 is deposited is formed. By performing the oxidation treatment, the adhesion with the insulating layer 4 made of glass can be enhanced.
[0054]
Further, as the heating resistor 5 to be deposited on the insulating layer 4, a single metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd), etc. is directly deposited by vapor deposition or plating. The metal alone or rhenium oxide (Re ₂ O _Three ), Lanthanum manganate (LaMnO) _Three A resin paste or glass paste containing an oxide such as) as a conductive material is prepared, printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method or the like, and then baked to bond the conductive material with a matrix made 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.
[0055]
However, when silver or copper is used for the heating resistor 5, migration may occur. In such a case, a protective film made of the same material as the insulating layer 4 so as to cover the heating resistor 5 is provided. What is necessary is just to coat | cover with the thickness of about 30 micrometers.
[0056]
For the soaking plate 2 of the type incorporating the heating resistor 5, it is preferable to use an aluminum nitride sintered body having high thermal conductivity and high electrical insulation. In this case, a raw material containing aluminum nitride as a main component and appropriately containing a sintering aid is mixed sufficiently and then formed into a disk shape. A paste made of W or WC is printed on the surface of the heating resistor 5 in the pattern shape, After another aluminum nitride molded body is stacked and adhered thereon, firing is performed in a nitrogen gas at a temperature of 1900 to 2100 ° C. to obtain a soaking plate 2 incorporating a heating resistor. Conduction from the heating resistor 5 may be performed by forming a through hole 19 in an aluminum nitride base material, filling a paste made of W or WC, and firing the electrode so that the electrode is drawn to the surface. Further, 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 19 and bakes it at 900 to 1000 ° C. The oxidation of the resistor 5 can be prevented.
[0057]
The glass forming the insulating layer 4 may be either crystalline or amorphous. For example, when used for resist drying, the heat resistance is 200 ° C. or higher and in the temperature range of 20 ° C. to 200 ° C. The thermal expansion coefficient is −5 to + 5 × 10 with respect to the thermal expansion coefficient of the ceramic constituting the soaking plate 2. ^-7 It 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 with the ceramic forming the soaking plate 2 becomes too large, so that the soaking plate 2 warps during cooling after baking the glass. This is because defects such as cracks and peeling are likely to occur.
[0058]
【Example】
Example 1
Thermal conductivity is 80W / ( m ・ K ) A plurality of soaking plates 2 having a plate thickness of 4 mm and an outer diameter of 230 mm are manufactured, and an insulating layer 4 is coated on one main surface of each soaking plate 2. In order to wear, glass paste prepared by kneading ethyl cellulose as a binder and terpineol as an organic solvent to the glass powder was laid by screen printing, and heated to 150 ° C. to dry the organic solvent. A degreasing treatment was performed at 550 ° C. for 30 minutes, and further, baking was performed at a temperature of 700 to 900 ° C. to form an insulating layer 4 made of glass having a thickness of 200 μm. Next, in order to deposit the heating resistor 5 on the insulating layer 4, a glass paste to which Au powder and Pd powder are added as a conductive material is printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method, and then heated to 150 ° C. The organic solvent was dried, and after degreasing at 550 ° C. for 30 minutes, baking was performed at a temperature of 700 to 900 ° C. to form the heating resistor 5 having a thickness of 50 μm. The heating resistor 5 has a five-pattern configuration in which the central portion and the outer peripheral portion are divided into four in the circumferential direction. After that, the heat equalizing plate 2 was manufactured by fixing the power supply portion 6 to the heating resistor 5 with a conductive adhesive.
[0059]
In addition, the support 11 is provided with two plate-like structures 13 made of stainless steel having a thickness of 2.5 mm with an opening formed in 30% of the main surface, and one of these is provided with the

thermocouples

10, 10. A conductive terminal 7 was formed at a predetermined position, and fixed to a side wall portion made of stainless steel by screwing to prepare a support 11.
[0060]
Thereafter, the soaking plate 2 was placed on the support 11 and the outer peripheral portion thereof was screwed through the elastic body 8 to obtain the wafer heating apparatus 1 of the present invention shown in FIG.
[0061]
Further, the main component is aluminum nitride, and 5% by weight of Y as a sintering aid. ₂ O _Three A heating resistor made of WC was formed in a desired shape on a green sheet made of 5 mm by laminating five 1 mm green sheets containing WC, and a paste made of WC serving as an electrode lead portion was filled thereon. A disc-shaped shaped product was cut out from another green sheet having a via hole formed by adhering 5 mm and adhered, degreased in nitrogen gas at 800 ° C., and then fired at 1900-2100 ° C. to form disc-shaped aluminum nitride. A soaking plate 2 was obtained.
[0062]
And the electric power feeding part 6 which consists of gold paste was formed by the transfer method, and it baked at 900 degreeC. Then, the outer peripheral part was screwed through the elastic body 8 to the support body 11 to which the conducting terminal 7 having a spring was mounted.
[0063]
Further, with respect to the holding portion of the thermocouple 10, a recess of 4.5 mmφ having a depth of 2/3 of the thickness of the heat equalizing plate 2 is formed at the center of each of the divided heating resistors 5, as shown in FIG. As described above, the metal chip 22 in which the thermocouple 10 was embedded and the pressing jig 24 were stacked in this order, and these were elastically held by the support rod 25, whereby the wafer heating apparatus of the present invention was manufactured.
As a comparative example, a sample using the thermocouple holding method shown in FIG. 9 was prepared. A soaking plate 2 made of silicon carbide ceramic is formed with a recess of 4.5 mmφ having a depth of 2/3 of the soaking plate 2, and a protective tube made of stainless steel is formed in the recess as shown in FIG. Was inserted and fixed. Inside the protective tube, a resistance temperature detector 66 having a lead wire 67 connected at the tip thereof was installed, and heat transfer cement 68 was filled thereon. In this way, no. 2 wafer heating apparatus 1 was produced.
[0064]
The conductive terminals 7 of the two types of wafer heating apparatuses 1 of the present invention and the comparative example thus obtained are energized and held at 250 ° C., and the wafer surface placed on the mounting surface 3 is After confirming that the temperature variation at the center of the temperature distribution and the 6 division points on the circumference of ½ of the wafer radius are within 1 ° C., the temperature is held at 150 ° C. for 30 minutes, and then the wafer W Was placed on the mounting surface 2 and the temperature rising time until the temperature was stabilized at 150 ° C. ± 0.5 ° C. was investigated for 5 cycles for each sample, and the maximum value was taken as the measured value. Further, the time until the temperature variation was within 1 ° C. was confirmed.
[0065]
As an evaluation standard, a wafer whose temperature variation when the temperature of the wafer surface rises is within 10 ° C. is determined to be OK, and a wafer whose temperature is higher than that is determined to be NG. Further, the time until the temperature was stabilized was OK within 60 seconds, and NG when the temperature was longer than that.
[0066]
Each result is as shown in Table 1.
[0067]
[Table 1]

[0068]
As can be seen from Table 1, no. In the wafer heating apparatus 1 of the comparative example shown in FIG. 2, since the heat capacity of the temperature measuring section is increased, the measured temperature variation between the temperature measuring resistors 66 during the temperature rising transient is as small as 4.5 ° C., but the temperature is Time until stabilization became 120 seconds very slow.
[0069]
In contrast, the wafer heating apparatus No. 1 of the present invention in which the thermocouple 10 is fixed in the structure shown in FIG. No. 1 shows that the measured temperature variation between the thermocouples 10 during the temperature rise transient is 6.5 ° C., and the time until the temperature stabilizes is 38 seconds, and it has been found that it has good heating characteristics.
[0070]
Example 2
Here, the wafer heating apparatus 1 in which the metal foil 23 having different thermal conductivity is installed in the recess 21 of the soaking plate 2 and the wafer heating apparatus in which the metal foil 23 is not installed are manufactured, and the wafer W is placed on the mounting surface 2. In this case, the relationship with the stabilization time until the temperature of the wafer W reaches the set temperature was investigated.
[0071]
As the metal foil 23, Ag having a thickness of 15 μm (thermal conductivity 420 W / ( m ・ K ) ), Cu (thermal conductivity 413 W / ( m ・ K ) ), Au (thermal conductivity 297 W / ( m ・ K ) ), Al (thermal conductivity 203 W / m · K ) ), Ni (thermal conductivity 84W / ( m ・ K ) ), Pt (thermal conductivity 69 W / ( m ・ K ) ), Stainless steel (thermal conductivity 40W / ( m ・ K ) ) Was used to carry out the above evaluation. Others were made in the same manner as in Example 1. In addition, the installation number of each metal foil was 3 sheets.
[0072]
The conduction terminal 7 of each wafer heating device 1 is energized and held at 250 ° C., and the temperature distribution on the wafer surface placed on the placement surface 3 is the center and the 6-division point 6 on the circumference of the wafer radius ½. After confirming that the temperature variation of a total of seven points is within 1 ° C., after placing the wafer W and holding it at 80 ° C. for 30 minutes, until the temperature of the wafer W stabilizes at 150 ° C. ± 0.5 ° C. The temperature rise time was investigated for 5 cycles for each sample, and the maximum value was taken as the measured value.
[0073]
The measurement results are shown in Table 2.
[0074]
[Table 2]

[0075]
As can be seen from Table 2, the thermal conductivity of the metal foil is 65 W / ( m ・ K ) No. 7 and metal foil 23 are not installed. In No. 8, the temperature rise time was as slow as 60 seconds. In contrast, the thermal conductivity is 65 W / ( m ・ K ) No. above. 1 to 6 were good temperature rising times of 50 seconds or less.
[0076]
Example 3
Here, the relationship between the stabilization time until the temperature of the wafer W reaches the set temperature when the thermal conductivity of the metal chip 22 and the holding jig 24 is changed was investigated.
[0077]
The material of the metal tip 22 is Cu (thermal conductivity 394 W / ( m ・ K ) ), Au (thermal conductivity 293 W / ( m ・ K ) ), Al (thermal conductivity 238 W / ( m ・ K ) ), Al alloy 3 types (thermal conductivity 192, 134, 120 W / ( m ・ K ) ), Ni (thermal conductivity 84W / ( m ・ K ) ), Fe (thermal conductivity 69 W / ( m ・ K ) ), Stainless steel (thermal conductivity 30W / ( m ・ K ) ) And the material of the holding jig is Al (thermal conductivity 238 W / ( m ・ K ) ), Ni (thermal conductivity 84W / ( m ・ K ) ), Fe alloy (thermal conductivity 50 W / ( m ・ K ) ), Stainless steel (thermal conductivity 30W / ( m ・ K ) ), Alumina (thermal conductivity 25 W / ( m ・ K ) ), Zirconia (thermal conductivity 4W / ( m ・ K ) ) To combine these.
[0078]
The conductive terminal 7 of the wafer heating apparatus 1 obtained in this way is energized and held at 250 ° C., and the temperature distribution on the wafer surface placed on the mounting surface 3 is centered around the half of the wafer radius. After confirming that the temperature variation of a total of 7 points including the above 6 dividing points 6 points is within 1 ° C., the wafer W is placed and held at 80 ° C. for 30 minutes, and then the temperature of the wafer W is 150 ° C. ± 0. The temperature rise time until the temperature was stabilized at 5 ° C. was investigated for 5 cycles for each sample, and the maximum value was taken as the measured value. In addition, the stability until the temperature of the wafer W was stabilized at the set temperature was evaluated. A value that changed drastically after the temperature was within the set temperature range was indicated as Δ, and a good stability was indicated as ○.
[0079]
Other processes were the same as in Example 1, and a sample was produced.
[0080]
The results are shown in Table 3.
[0081]
[Table 3]

[0082]
As can be seen from Table 3, the holding jig 24 has a thermal conductivity of 50 W / ( m ・ K ) The following stainless steel was used, and the thermal conductivity of the metal tip 22 exceeded 170% of that of the soaking plate 2. Nos. 1 to 3 are not preferable because the temperature rise rate is good, but the temperature when kept at 150 ° C. ± 0.5 ° C. tends to gradually drop. In addition, the thermal conductivity of the metal tip 22 is 40% or less of that of the soaking plate 2. No. 9 is not preferable because the metal chip 22 has a low thermal conductivity, so that the temperature rise of the metal chip 22 is delayed and an overshift of the wafer W temperature occurs and it takes time to achieve soaking.
[0083]
Further, the holding jig 24 has a thermal conductivity of 50 W / ( m ・ K ) No. that exceeded Nos. 10 and 11 receive heat directly from the heating resistor 5, and the temperature of the metal chip 22 rises quickly, so that the heating of the soaking plate 2 is insufficient and it takes time to heat the wafer. Resulting in.
[0084]
On the other hand, the thermal conductivity of the metal tip 22 is 40 to 170% of that of the soaking plate 2, and the thermal conductivity of the holding jig 24 is 50 W / ( m ・ K ) The following No. In 4-8 and 12-15, the temperature rising time was 30-50 seconds, and the temperature stability was also good.
[0085]
Example 4
Here, the relationship between the shape of the holding jig 24 and the temperature rise characteristics of the soaking plate 2 and the reliability of holding the thermocouple 11 was evaluated. The holding jig 24 is made of stainless steel, and the shape thereof is a cylindrical body as shown in FIG. 3, a cylindrical body as shown in FIG. 6, with a notch 29 formed in the bottom portion thereof, and a cylindrical body as shown in FIG. A sample was prepared in the same manner as in Example 1 except for the other steps. Further, as shown in FIG. 7, the cylindrical body used was one in which a protrusion 28 for preventing rotation and a notch 27 were formed, and one in which the protrusion 28 and the notch 27 were not formed.
[0086]
And evaluation evaluated the temperature rising time until the temperature of the wafer W enters into 150 +/- 0.5 degreeC at the time of changing setting temperature from 90 degreeC holding to 150 degreeC.
[0087]
These samples were subjected to a vibration test with an amplitude of 5 mm × 5 G × 2 hours, and the rate of change in the heating rate before and after the vibration test was evaluated. By examining the behavior of the wafer W temperature until the temperature of the wafer W reaches 150 ± 0.5 ° C., the change rate of the temperature rising time exceeds Δ5%, and the change rate is 5% or less. The thing was evaluated as ○.
[0088]
The results are shown in Table 4.
[0089]
[Table 4]

[0090]
As can be seen from Table 4, the holding jig 24 has a cylindrical shape. No. 1 has a temperature rise time of 42 seconds, whereas No. 1 has a notch 29 formed on the surface of the cylindrical holding jig 24 on the metal tip 22 side. No. 2 using a cylindrical holding jig 24. Nos. 3 and 4 showed good temperature rise characteristics with a temperature rise time of 40 seconds or less.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, one main surface of the soaking plate made of ceramics is used as a wafer mounting surface, and the other main surface or inside has a heating resistor, and the heating resistor and electrical In the wafer heating apparatus comprising a power supply unit connected to the other main surface, a temperature measuring unit of a sheath type thermocouple is disposed in a recess formed in the heat equalizing plate, and a metal chip and a presser Press and fix the temperature measuring unit with a jig In addition, the pressing jig is formed of a cylindrical body or a columnar body having a notch, or one main surface of a soaking plate made of ceramics is used as a wafer mounting surface, and the other main surface or inside In a wafer heating apparatus having a heating resistor and having a power feeding portion electrically connected to the heating resistor on the other main surface, a sheath type thermocouple is formed in a recess formed in the heat equalizing plate. The temperature measuring unit is arranged, and the temperature measuring unit is pressed and fixed by a metal tip and a holding jig, and at the contact portion of the metal chip, the holding jig, and a support rod for holding them, an anti-rotation unit is provided. Grooves and protrusions are formed As a result, the wafer temperature can be adjusted satisfactorily.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a soaking plate of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a thermocouple installation part of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 4 is another cross-sectional view showing a thermocouple installation portion of the wafer heating apparatus of the present invention.
5A is a cross-sectional view of a metal chip holding a thermocouple of the wafer heating apparatus of the present invention, and FIG. 5B is a comparative example thereof.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of a thermocouple installation portion of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 7 is an exploded perspective view showing another embodiment of a thermocouple installation part of the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a thermocouple installation part of a conventional wafer heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Wafer heating device
2: Soaking plate
3: Placement surface
4: Insulating layer
5: Heating resistor
6: Feeder
7: Support
8: Elastic body
10: Thermocouple
22: Metal tip
23: Metal foil
24: Holding jig
25: Support rod
W: Semiconductor wafer

Claims

One main surface of the heat equalizing plate made of ceramics is used as a wafer mounting surface, and a heat generating resistor is provided on the other main surface or inside, and a power feeding portion electrically connected to the heat generating resistor is provided on the other surface. In the wafer heating apparatus provided on the main surface, a temperature measuring unit of a sheath type thermocouple is disposed in a recess formed in the heat equalizing plate, and the temperature measuring unit is pressed and fixed by a metal tip and a holding jig. The wafer heating apparatus is characterized in that the pressing jig is a cylindrical body or a columnar body having a notch .

2. The wafer heating apparatus according to claim 1, wherein the sheath-type thermocouple is pressed and fixed to the concave portion of the soaking plate through a metal foil having a thermal conductivity of 65 W / ( m · K ) or more.

One main surface of the heat equalizing plate made of ceramics is used as a wafer mounting surface, and a heat generating resistor is provided on the other main surface or inside, and a power feeding portion electrically connected to the heat generating resistor is provided on the other surface. In the wafer heating apparatus provided on the main surface, a temperature measuring unit of a sheath type thermocouple is disposed in a recess formed in the heat equalizing plate, and the temperature measuring unit is pressed and fixed by a metal tip and a holding jig. together with the metal tip, the pressing jig, and the grooves and protrusions are formed have characteristics and be roux Fine heating apparatus Rukoto for anti-rotation to the respective contact portions of the support rod that holds them.

4. The wafer heating apparatus according to claim 3, wherein the sheath-type thermocouple is pressed and fixed to the concave portion of the soaking plate through a metal foil having a thermal conductivity of 65 W / (m · K) or more .