JP3872260B2

JP3872260B2 - ウエハ加熱装置

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Publication number: JP3872260B2
Application number: JP2000228438A
Authority: JP
Inventors: 浩竹之内; 潤福田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-07-28
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2020-07-28
Also published as: JP2002043399A

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ため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】
ウエハへのレジスト膜の形成にあたっては、図５に示すような、炭化珪素、窒化アルミニウム等のセラミックスからなる均熱板５２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面７３とし、他方の主面には絶縁層５４を介して発熱抵抗体５５が設置され、さらに前記発熱抵抗体５５の端部に形成された給電部５６に導通端子５７が弾性体５８により押圧固定された構造のウエハ加熱装置５１が提案されている。そして、前記均熱板５２は支持体６１にボルト６７により固定され、さらに均熱板５２の内部に熱電対６０が挿入され、これにより均熱板５２の温度を所定の温度に保つように、導通端子５７から発熱抵抗体５５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５７は、板状構造部６３に絶縁層５９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウエハ加熱装置５１の載置面７３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５５を発熱させることにより、均熱板５２を介して載置面５３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】
このようなウエハ加熱装置５１において、ウエハＷの表面全体に均質な膜を形成するためには、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５１において、発熱抵抗体５５の抵抗分布を調整したり、発熱抵抗体５５の温度を分割制御したり、熱引きを発生させ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】
また、均熱板５２の温度制御用熱電対６０の取付構造については、特開平９−４５７５２号公報に、均熱板５２の温度を正確に制御するために、熱電対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。さらに、図６を用いて構造を説明すると、金属製の均熱板５２に熱電対６０がウエハの載置面７３の近傍に挿入されている。熱電対６０は、保護管８５の中にＰｔからなる測温抵抗体８６が前記載置面８３側に載置面８３と平行となるように設置されリード線８７が結線されている。さらに保護管８５内の空所には伝熱セメント８８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５２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。
【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は、使用中の熱電対や温度調節器が故障した場合に、均熱板の温度が暴走する恐れがあった。
そこで、従来過昇温防止の目的で使用されているサーモスイッチ、温度ヒューズ等を均熱板の表面に設置した場合、これらの部品の熱容量が大きいためサーモスイッチ、温度ヒューズ等が作動するまでに均熱板の温度が過昇温したり、もしくは、これらの部品の熱容量のために、設置部の温度が低下し均熱性を阻害してしまうという問題があった。
【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、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、均熱板の過昇温防止用の安全回路と該安全回路に信号を送る熱電対を備え、該熱電対を熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上で熱容量が０．０８ｃａｌ／℃以下のセラミックス製チップを介して前記発熱抵抗体の表面に弾性体を固定することにより、均熱板の均熱性を阻害することなく、熱抵抗体の制御回路が故障したような場合でも、発熱抵抗体が破壊する前に発熱抵抗体への給電を止める安全回路に信号を送り、装置の発火、故障などを防ぐことの出来るウエハ加熱装置とすることができることを見出した。
【００１０】
【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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
その場合、発熱抵抗体５の端部には給電部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。そして、各発熱抵抗体ブロック毎に設置される熱電対１０の出力により各発熱抵抗体ブロックの温度が制御されるようになっている。
【００１４】
一方、この均熱板２の過昇温を防止するための安全回路（不図示）を備え、この安全回路に信号を送るための熱電対１０ａを備えている。詳細を図２に示すように、均熱板２のウエハ載置面３とは別の他方の主面に、絶縁層４を介して発熱抵抗体５が形成されており、この発熱抵抗体５の上に、熱電対１０ａを挿入もしくは埋め込んだセラミックス製チップ３０が設置される。該セラミックス製チップ３０は熱電対１０ａに固定されたスリープ３１と板状構造体１３に固定された押さえ治具３２を介して弾性体３３で押圧保持されている。ここで、スリーブ３１はシース型熱電対１０ａにかしめ、または、溶接、高温耐久性の接着剤により固定されている。スリーブ３１は耐熱性が必要であり、ステンレスのような金属を使用することが望ましい。
【００１５】
上記のように熱電対１０ａを押入したセラミックス製チップ３０の平面部３０ａを均熱板２に当接させることにより、発熱抵抗体５から発生した熱がセラミックス製チップ３０を介して熱電対１０ａに伝達されるようになるので、より発熱抵抗体５の実温に近い温度が検知でき、その温度が装置の安全が保たれる温度以上になった場合、危険信号として検知し、装置の安全性を確保できるようになる。
【００１６】
なお、本発明においては、図２に示すように、熱電対１０ａの先端をセラミックス製チップ３０に埋設し、このセラミックス製チップ３０を介して均熱板２に当接させることが重要である。セラミックス製チップ３０を介さずに単に熱電対１０ａを均熱板２に押し当てるだけでは振動等により熱電対１０ａの先端が発熱抵抗体５に触れてしまい絶縁がとれなくなる為、温度検知ができなくなる。また、発熱抵抗体５上にガラスのような絶縁層をさらに設けた場合でも、単に熱電対１０ａを均熱板２に押し当てるだけでは、測定温度がばらつくためである。
【００１７】
このセラミックス製チップ３０は、コップ状に形成されており、その内径はシース型熱電対１０ａが挿入される大きさで、且つ外径及び底部厚みは、薄く加工され熱容量が０．０８ｃａｌ／℃以下になるように調整されている。これは、熱電対１０ａにより発熱抵抗体５からの熱を素早く検知するためである。特に、セラミックス製チップ３０に形成された穴の底からセラミックス製チップの底３０ａまでの距離即ち底部の厚みは、小さい程温度変化に対する応答性が向上し、０．５〜２ｍｍ以下であることが好ましい。これは、０．５ｍｍ未満では、セラミックス内のボイドや湿度により、発熱抵抗体５と熱電対１０ａとの間の絶縁が保たれない場合が生じ、２ｍｍを超えるとセラミックス製チップの底部から熱電対までの熱伝導が遅くなるからである。
【００１８】
また、発熱抵抗体５に直接接するため、シース型の熱電対１０ａと発熱抵抗体５の絶縁をとる必要があり、セラミック製チップ３０は電気絶縁性のセラミックスであることが望ましい。発熱抵抗体５と熱電対１０ａの絶縁がとれないと、発熱抵抗体５を流れる電気が熱電対１０ａに漏電してしまい、安全回路が故障してしまう。
【００１９】
さらに、前記セラミックス製チップ３０の熱伝導率は２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。これは、セラミックス製チップ３０の熱伝導率が小さすぎると、発熱抵抗体５からの熱を素早く熱電対１０ａに伝えることができず、異常温度を検知するのが遅れてしまうためである。また、このセラミックス製チップ５０の熱容量は０．０８ｃａｌ／℃以下が望ましい。熱容量が大きいと、発熱抵抗体５からの熱が前記セラミックス製チップ３０に逃げるため、その部分のみ均熱板２の温度が低下してしまい、均熱性が保たれない。
【００２０】
セラミックス製チップ３０の製造方法としては、各種原料粉末を円筒型の金型に充填し、成形圧９８ＭＰａで成形した後、各種材料の焼成温度で焼成した後、厚み調整のため平面研削盤で研削し、その後、熱電対１０ａを挿入する穴を、ＮＣ旋盤を用いて加工することにより作製する。
【００２１】
セラミックス製チップ３０を構成するセラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素等を主成分とするものを使用することができる。
【００２２】
例えばアルミナとしては、アルミナ原料に焼結助材として０．２〜３重量％のＭｇＯ、０〜３重量％のＣａＯ、０〜５重量％のＳｉＯ₂とその他の不可避不純物が、これらの総量で０．２〜１０重量％含有するものを使用し、１５００〜１７００℃で焼成することにより焼結体を得ることができる。純度を向上させればさせるほど、熱伝導率が向上するので好ましい。
【００２３】
窒化硼素としては、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。また、別の手法として、窒化硼素原料に対し６〜３０重量％の硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法もある。
【００２４】
窒化アルミニウムとしては、窒化アルミニウム原料に焼結助材として２〜６重量％の希土類元素酸化物、０〜０．５重量％のＣａＯを添加し、１８００〜２１００℃の窒素雰囲気中で焼成することにより焼結体を得ることができる。
【００２５】
また、窒化珪素としては、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。
【００２６】
また、熱電対１０ａとしては、測温部の径が０．８ｍｍ以上のシース型の熱電対１０ａを使用することが好ましい。素線からなる熱電対１０ａを使用する場合、その強度がないため、図３に示すように、熱電対１０ａをセラミック製チップ３０に固定するための支持棒３４などの部品が必要となる。
【００２７】
そして、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、過昇温防止用の熱電対１０ａの数を増やすことが好ましい。これにより、個々の発熱抵抗体５の異常昇温を検知することが可能となる。
【００２８】
次に、本発明のウエハ加熱装置における均熱板２の温度制御用の熱電対１０の取付構造について説明する。制御用の熱電対１０については、図４に示すように、均熱板２の他方の主面には、絶縁層４を介して発熱抵抗体５が形成されており、これにより均熱板２が加熱される。この発熱抵抗体５の制御のため、均熱板２には、その厚みの約２／３の深さの凹部４７が形成され、熱電対１０を埋め込んだ金属製チップ１５の平面部１５ａが凹部４７の底に接するように、押さえ治具４８を介して弾性体４９で押圧保持されている。
【００２９】
上記のように熱電対１０を埋め込んだ金属製チップ１５の平面部１５ａ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、載置面３の近傍まで設置された凹部４７の底面から金属製チップ１５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、そのバラツキを小さくできる。
【００３０】
この金属製チップ１５は、該凹部４７の内径より若干小さな外径で、且つ凹部４７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１５の後端が凹部４７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４７の側面からの熱伝導を極力抑えるため、前記チップ１５を前記凹部４７の側面に接触しないように設置することが好ましい。
【００３１】
また、熱電対１０としては、測温部の径が０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対１０を使用することが好ましい。測温部の径を細くすることにより、測温部からの熱引きによる影響を小さくすることができる。そして、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。
【００３２】
また、上述した安全回路に接続する熱電対１０ａの取付構造を図４のようにしてもよい。
【００３３】
そして、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それぞれ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。
【００３４】
さらに、前記金属製チップ１５の熱伝導率は１２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。これは、金属製チップ１５の熱伝導率が大きすぎると、均熱板２の凹部４７の底の温度が上昇する前に、チップ１５が発熱抵抗体５からの熱を直接受けて温度上昇し、見掛け上発熱抵抗体５に電力が印加される時間が短くなってしまうので、ウエハＷの昇温時間が長くなってしまうためである。
【００３５】
さらに、図１において本発明のウエハ加熱装置の構造を説明する。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の変形が発生しても、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。
【００３６】
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１０の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。
【００３７】
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。
【００３８】
なお、以上詳述した本発明のウエハ加熱装置において、発熱抵抗体５は均熱板２の表面に絶縁層４を介して形成してあるため、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。
【００３９】
また、均熱板２は炭化珪素質焼結体、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、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。
【００４０】
また、このような特性を満足するには、均熱板２の板厚を１〜７ｍｍ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】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
なお、ガラスから成る絶縁層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をスクリーン印刷法、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、８００〜１０００℃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は、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。
【００５１】
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）、白金族金属等の金属、あるいは酸化レニウム（Ｒｅ₂Ｏ₃）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ₃）等の導電性酸化物のうち１種以上を導電材として含む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。
【００５２】
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虞があるため、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。
【００５３】
上記絶縁層４を形成するガラスとしては、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。
【００５４】
【実施例】
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Ｐｔ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Ａｕを含有する導電性接着剤を用いて固着させることにより、均熱板２を製作した。
【００５５】
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ＳＵＳ３０４からなる２枚の板状構造体１３を準備し、熱電対１０、１０本の導通端子７を所定の位置に保持固定し、また、５本の過昇温防止用の熱電対１０ａを分割した各発熱抵抗体ゾーン毎に設置した。設置方法は、図２に示した方法を用い、セラミック製チップ３０の材質をアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、ジルコニアとし、寸法を外径が３ｍｍおよび３．６ｍｍ、内径が１．２ｍｍ、全長が４ｍｍとなるように加工したものをそれぞれ使用して支持体１１に固定し、さらに前記支持体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固定して評価用のウエハ加熱装置１とした。
【００５６】
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点の温度バラツキを確認した後、３０℃に６０分保持したのち、ウエハ加熱装置の制御用熱電対１０の指示温度が３５０℃になるまで導電端子７に通電して、過昇温防止用の熱電対１０ａの温度を測定した。
【００５７】
評価基準は下記のようにし、これを満足していれば○、満足しない場合は×とした。
（評価１）温度バラツキが１℃以下であること。
（評価２）熱抵抗体５の温度を制御用の熱電対１０で測定し、ウエハ加熱装置１の使用温度の上限である２５０℃に保持した場合に発熱抵抗体５と過昇温防止用の熱電対１０ａの温度差が１０℃以内であること。
（評価３）発熱抵抗体５の加熱時に、発熱抵抗体５が抵抗変化を起こす温度の下限である３５０℃に達した時に、過昇温防止用センサーの熱電対１０ａの温度が、２６０〜３４０℃を示している。
【００５８】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００５９】
【表１】

【００６０】
表１から判るように、セラミック製チップの熱容量が０．０８ｃａｌ／℃を越えるＮｏ．３は、温度制御用の熱電対１０が３５０℃になった時点で、過昇温防止用の熱電対の温度が２６０℃未満であり、上記評価基準に達しなかった。また、セラミック製チップの熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満であるジルコニアを用いたＮｏ．８、９は、評価１〜３全ての評価が上記評価基準に達しなかった。
【００６１】
また、セラミックス製チップ３０に形成した穴の底からセラミック製チップ３０の底までの厚みが、３ｍｍであるＮｏ．５は、評価３が上記評価基準に達しなかった。
【００６２】
これに対し、セラミック製チップの熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、その熱容量を０．０８ｃａｌ／℃以下としたＮｏ．１、２、４、６、７は、評価１〜３の全てについて、評価基準を満足した。
【００６３】
【発明の効果】
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、均熱板の過昇温防止用の安全回路と、該安全回路に信号を送る熱電対を備え、該熱電対を熱伝導率２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、かつ熱容量０．０８ｃａｌ／℃以下のセラミックス製チップを介して前記発熱抵抗体の表面に固定することにより、均熱板の均熱性を阻害することなく、発熱抵抗体の制御回路が故障したような場合でも、発熱抵抗体が破壊する前に発熱抵抗体への給電を止める安全回路に信号を送り、装置の発火、故障などを防ぐことの出来るウエハ加熱装置とすることができる。
【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における熱電対の取付構造を示す図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置における熱電対の取付構造を示す図である。
【図４】本発明のウエハ加熱装置の温度制御用熱電対の取付構造を示す断面図である。
【図５】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図６】従来のウエハ加熱装置の熱電対の固定方法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
１５：金属製チップ
３０：セラミック製チップ
Ｗ：半導体ウエハ

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、上記均熱板の過昇温を防止するための安全回路と、該安全回路に信号を送る熱電対を備え、該熱電対を熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上で熱容量が０．０８ｃａｌ／℃以下のセラミックス製チップを介して前記発熱抵抗体の表面に固定したことを特徴とするウエハ加熱装置。
前記セラミックス製チップが、アルミナ、窒化硼素、窒化珪素または、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
前記セラミックス製チップの底部の厚みが、０．５〜２ｍｍ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。
前記セラミックス製チップが、弾性体によって押圧固定されていることを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。