JP3904826B2

JP3904826B2 - ウェハ加熱装置

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Publication number: JP3904826B2
Application number: JP2000355612A
Authority: JP
Inventors: 京治内山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: JP2002158165A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウェハを加熱するのに用いるウェハ加熱装置に関するものであり、例えば、半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基盤等のウェハ上に薄膜を形成したり、前記ウェハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成する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、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためにウェハ加熱装置が用いられている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、まとめて複数のウェハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウェハの大きさが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、ウェハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウェハ支持部材に対して、ウェ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、半導体ウェハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、図１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２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面とし、他方の主面には酸化膜１２、絶縁層４を介して発熱抵抗体５が設置され、さらに前記発熱抵抗体５に導通端子７が弾性体８により固定された構造のウェハ加熱装置１が用いられていた。そして、前記均熱板２は、支持体１１にボルト１７で固定され、さらに均熱板２の内部には熱電対１０が挿入され、これにより均熱板２の温度を所定に保つように、導通端子７から発熱抵抗体５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７は、板状構造部３に絶縁層９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウェハ加熱装置１の載置面３に、レジスト液が塗布されたウェハＷを載せたあと、発熱抵抗体５を発熱させることにより、均熱板２を介して載置面３上のウェハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼き付けしてウェハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
このようなウェハ加熱装置１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、ウェハＷの温度分布を均一にすることが重要である。ウェハ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ェハ加熱装置１において、発熱抵抗体５の抵抗分布を調整したり、発熱抵抗体５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】
また、半導体の設計ルールは年々微細化の方向に進んでおり、さらに均一な温度分布で加熱できるようなウェハ加熱装置１が求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の発熱抵抗体５の抵抗分布を、ある任意の条件に調整するだけでは、載置面の平面状態によって、温度特性を満足しないものが発生していた。具体的に述べると、実際のウェハ加熱装置１の載置面３は、完全な平面ではなく、凹形状であったり、凸形状であったりと様々である。その為、載置面３とウェハＷの間隔は、載置面３の形状により外周部が小さくなったり、中央部が小さくなったりしてしまう。このような状態で載置面３にウェハＷを載せて加熱処理を行うと、前記間隔が小さい部分は均熱板２の昇温の影響を大きく受けて速やかに温度が高くなり、逆に前記部分が大きい部分はウェハ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課題があった。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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の問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ェハの載置面とし、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ェハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は少なくとも１個以上の中央パターンと２個以上に分割された外側パターンからなり、前記２個以上に分割された複数の外側パターン間の電力密度差が外側パターンの平均電力密度の６０％以下とすることにより、上記課題を解決できることを見出した。
また、本発明者等は、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に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ェハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は少なくとも１個以上の中央パターンと２個以上に分割された外側パターンからなり、前記載置面の外周部に対する中心部の高さをＸ（μｍ）とし、前記外側パターンを内側と外側の２つの範囲に等分割し、外周パターンの内外電力密度比Ｚ＝（（前記外側範囲の平均電力密度）／（前記内側範囲の平均電力密度）×１００）（％）とした時、前記電力密度比Ｚが９０〜２５０％とすることにより、上記課題を解決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は本発明に係わるウェハ加熱装置１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、ウェハＷを載せる載置面３とすると共に、他方の主面に発熱抵抗体５を形成したものである。
【００１２】
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。
【００１３】
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にウェハを載せ均熱板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、ウェハ加熱におけるウェハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００１４】
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。
【００１５】
本発明のウェハ加熱装置１は、上記発熱抵抗体５が少なくとも1個以上の中央パターンと2個以上に分割された外側パターンからなることを特徴とする。例えば図２に示すように、主にウェハの中心部を加熱するための中央パターン５−１と、ウェハの外周部を加熱するための外側パターン５−３〜５−６と、これらの中間に形成されたパターン５−２のように構成され各パターンを独立に制御して温度分布を調整している。そして、外側パターン５−３〜５−６は、それぞれがさらに内側のパターン５Ａと外側のパターン５Ｂとに分割されて抵抗調整されている。
【００１６】
また、前記載置面３の外周部に対する中心部の高さをＸ（μｍ）とし、前記発熱抵抗体５の中央パターン５−１に対する外側パターン５−３〜５−６の電力密度比をＹ（％）とした時、
−７０≦Ｘ≦１２０、
０．３Ｘ＋７０≦Ｙ≦２０７、
Ｙ≧３．５５Ｘ−２５５、
Ｙ≦０．８６Ｘ＋１１９（Ｘ≦０）、
Ｙ≦１．７６Ｘ＋１１９（Ｘ≧０）
であることが望ましい。
【００１７】
そして、均熱板２の平坦度の指標としてのＸが−７０（μｍ）より小さいと、ウェハＷを急速昇温させる場合に、中心部付近の温度上昇が遅れてしまうので好ましくない。また、Ｘが１２０（μｍ）を越えると、ウェハＷの外周部の温度上昇が遅くなってしまうので好ましくない。さらに好ましくは、Ｘを０〜１００（μｍ）とする方がよい。
【００１８】
また、Ｙが２０７を越えるか、もしくはＸ≧０の場合にＹが１．７６Ｘ＋１１９より大きくなるか、もしくはＸ≦０の場合にＹが０．８６Ｘ＋１１９より大きくなると、中央部の発熱量が少なくなるので、昇温過渡時に、外周部に較べて中央部付近の昇温が遅くなってしまう。
【００１９】
また、Ｙが０．３Ｘ＋７０より小さいか、もしくは３．５５Ｘ−２５５より小さいと、中央パターン５−１の発熱量が外側パターン５−３〜５−６に較べ大きくなり、逆にウェハＷの中心部の昇温が早くなり過ぎて昇温過渡時のウェハＷの均熱を調整し難くなるので好ましくない。
【００２０】
ここで、載置面３の中心部の高さＸは、図３に示すように均熱板２の外周部の半径の９０％の部分の高さを平均した平均面に対する高さを意味し、マイナスの場合、均熱板２の中心部が凹んでいることを意味する。
【００２１】
また、電力密度比Ｙは、（均熱板２の外側から半径１／３の範囲内の平均電力密度）／（均熱板２の中央部の半径１／３以内の範囲内の電力密度）×１００（％）とする。ここで、「外側から均熱板２の半径１／３の範囲内の平均電力密度」とは、均熱板２を径方向に３等分し、その外側パターン全体の発熱時の電力を外側パターン全体の面積で割ったものである。また、「中央部の均熱板２の半径１／３の範囲内の電力密度」とは、均熱板２を径方向に３等分し、その中心部の発熱時の電力を中心部の面積で割ったものである。
【００２２】
例えば、図２の例では、「外側から均熱板２の半径１／３以内の範囲」とは外側パターン５−３〜５−６を意味し、「中央部の均熱板２の半径１／３の範囲」とは中央パターン５−１を意味する。
【００２３】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、前記２個以上に分割された外側パターン５−３〜５−６間の電力密度差を外側パターン５−３〜５−６の平均電力密度の６０％以下とするものである。
【００２４】
ここで、電力密度とは、それぞれのパターンで消費される電力をそれぞれのパターンの面積で除したものであり、外側パターン５−３〜５−６間の電力密度差は、下の式で定義した。
【００２５】
外側パターン間の電力密度差＝（４つのパターンの最大電力密度）−（４つのパターンの最小電力密度）
該電力密度差が、４つのパターンの平均電力密度の６０％を越えると均熱板２の周方向の温度差を調整できなくなってしまうので好ましくない。
【００２６】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、前記４つの外側パターン５−３〜５−６を、破線で示すように径方向に外側パターン５Ａと内側パターン５Ｂの２つの範囲に２等分した時の、両者の電力密度比Ｚを＝（（外側パターン５Ａの平均電力密度）／（内側パターン５Ｂの平均電力密度）×１００）（％）とした時、前記電力密度比Ｚを９０〜２５０％としたものである。
【００２７】
また、電力密度の調整は、発熱抵抗体５をレーザー加工や研磨加工等の手法を用いトリミングにより調整することができる。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。
【００２８】
さらに、本発明のウェハ加熱装置１の構造について、図を用いて説明する。
【００２９】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、図４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の中にウェハ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、０．０５〜０．５ｍｍであり、該支持ピン２０はウェハ中心部１点と、さらに少なくとも３点のウェハ径×０．６以上の同心円外周上に配列され、外周上の該支持ピン２０高さのバラツキは１５μｍ以下であり、かつ該中央部の支持ピン２０高さは外周上の支持ピン２０高さより低くなるように調整されている。
【００３０】
前記突出高さｈが０．０５ｍｍ未満となると、均熱板２の温度を拾い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０．５ｍｍを越えるとウェハＷ交換後のウェハＷ温度の昇温応答性が悪くなり、ウェハ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０．０５〜０．５ｍｍ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、かつウェハ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０．０５〜０．３ｍｍの範囲とする方がよい。
【００３１】
また、前記支持ピン２０の先端は曲面形状をなすとともに、該曲面部分の表面粗さはＲａ≦０．８μｍでなければならない。なぜならば、ウェハＷに対するパーティクル付着を低減させるためには、ウェハＷを支持する部材はウェハＷを傷つけるものであってはならないことは勿論のこと、ウェハＷに接触する面積は少ない方が良いためである。ウェハＷに接触する面積を極小とするには、前記支持ピン２０の先端は鋭利形状とすべきであるが、逆にウェハ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の先端は曲面形状とするとともに、該曲面部分の表面粗さはＲａ≦０．８μｍとして、ウェハＷと摺動してもウェハ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。
【００３２】
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、脱落を防止するために、図５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べきである。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、ウェハ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、このウェハ加熱装置１により半導体ウェハ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ェハ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ェハ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上のウェハＷを加熱する。
【００３６】
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、半導体ウェハＷ上へのレジスト膜の貼付に用いたとしても、レジスト膜の組織に悪影響を与えることがなく、微細な配線を高密度に形成することが可能である。
【００３７】
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とすると良い。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現れるため、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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用のウェ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。
【００４５】
さらに、均熱板２の載置面３とは反対側の主面は、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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１２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。
【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）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。
【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。
【００５３】
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５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、タングステン（Ｗ）もしくはタングステンカーバイド（ＷＣ）からなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウェハＷの加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホール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。
【００５４】
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。
【００５５】
【実施例】
実施例１
炭化珪素原料に３重量％のＢ_４Ｃ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／（ｍ・Ｋ）以上であり外径が２００ｍｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得た。
【００５６】
この焼結体の両主面に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径２００ｍｍの円盤状をした均熱板２とし、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。
【００５７】
発熱抵抗体５は図２に示すような中心部と外周部を径方向に３等分し、さらに外周部を周方向に４等分した６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。
【００５８】
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。
【００５９】
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ェハ加熱装置１とした。
【００６０】
さらに、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を介してネジ締めすることにより図１に示した本発明のウェハ加熱装置１とした。
【００６１】
また、支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈは、１００μｍとした。
【００６２】
そして、均熱板２の載置面３の平坦度を図３に示すように外側９０％位置の平均面に対する中心部高さＸμｍと定義し、−１００μｍ、−７０μｍ、−３０μｍ、０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、７０μｍ、１００μｍ、１２０μｍ、１５０μｍとなるよう研磨調整し平坦度を変動させたサンプルを準備し、前記サンプルの発熱抵抗体５の図２に示す各パターン内の電力密度分布が一様になるように、レーザートリマーを用い抵抗値を変えることにより調整した。また、外側パターン５−３〜５−６と中央パターン５−１の電力密度比を下式として定義し、
電力密度比Ｙ＝（外側パターン５−３〜５−６の電力密度の平均値）／（中央パターン５−１の電力密度）（％）
前記式のＹの値が、３９％、４８％、５９％、７０％、８４％、１００％、１１９％、１４２％、１７１％、２０７％、２５４％になるように、各パターンへの印加電圧を変えて調整した。
【００６３】
そして、このようにして得られたウェハ加熱装置１の導電端子７に通電して２００℃で保持し、載置面３の上に載せたウェハ表面の温度分布を、図４に示すように均熱板２の同心円で半径４０ｍｍ、６０ｍｍ、９０ｍｍの円周上の３等分点９点の合計９点の温度バラツキが１℃以内となることを確認した後、さらに、１５０℃に３０分保持し、その後、ウェハＷを載せてウェハＷが１５０℃に保持されるまでのウェハ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、昇温過渡時の温度バラツキが１０℃以下のもの、ウェハ面の温度上昇時における温度のオーバーシュートが２．０℃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。ここでいうオーバーシュート量とは、均熱板２の温度を制御してウェハ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。
【００６４】
また、ウェハを入れ替えた際の温度が±１．０℃に安定するまでの時間を同時に測定した。これについては、５０秒以内に安定したものを良好とし、これ以上の時間を要するものは、不良として判定した。
【００６５】
結果を表１に示した。
【００６６】
【表１】

【００６７】
表１から判るように、平坦度Ｘがプラス方向に大きくなるＮｏ．５７〜５９は、外周部の載置面３とウェハＷの間隔が大きくなり、外周部の昇温が遅くなるので好ましくない。また逆に、平坦度Ｘがマイナス方向に大きくなるＮｏ．１〜３は、載置面３とウェハＷの間隔が中心部では大きく、外周部では小さくなり、中心部の昇温が遅く温度バラツキが大きくなるので好ましくない。その他、図５に示した包絡線の外の点であるＮｏ．４、７〜１０、１５〜１７、２２〜２４、３０、３１、３６、３７、４４、４５、５１〜５３、５６は、温度安定時間が５０秒を越えるか、もしくはオーバーシュート量が２．０℃を越える値となるので好ましくない。
【００６８】
これに対し、図５に示した包絡線の中の点であるＮｏ．５、６、１１〜１４、１８〜２１、２５〜２９、３２〜３５、３８〜４３、４６〜５０、５４、５５は、温度安定時間が５０秒以下であり、オーバーシュート量が２．０℃以下となった。
【００６９】
実施例２
ここでは、外周部の４つのパターンの電力密度の差を下式として定義し、
外側パターン間の電力密度差＝（４つのパターンの最大電力密度）−（４つのパターンの最小電力密度）
４つの外側パターンの平均電力密度に対する前記式の外側パターン間の電力密度差の比率を０％、３０％、６０％、９０％になるように印加電圧を調整し、実施例１と同様にしてサンプルを評価した。
【００７０】
結果を表２に示した。
【００７１】
【表２】

【００７２】
表２から判るように、外周パターン間の電力密度差の比が平均電力密度に対して６０％を越えるＮｏ．４は、昇温過渡時の温度バラツキを１０℃以下にすることが出来なかった。これに対し、外周パターン間の電力密度差を平均電力密度に対して６０％以内に調整したＮｏ．１〜３は、昇温過渡時の温度バラツキを１０℃以下とすることができた。
【００７３】
実施例３
ここでは、図２に示すように外周部のパターンを径方向に外側パターン５Ａ、内側パターン５Ｂと破線で示すように２等分した時の、両者の電力密度比を下式として定義し、
外周パターンの内外電力密度比Ｚ＝（外周パターン５Ａの平均電力密度）／（外周パターン５Ｂ領域の平均電力密度）×１００（％）
前記式の外周パターンの内外電力密度比Ｚを８０％、９０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％、３００％としたサンプルを前述のレーザートリマーによる抵抗調整を行い作製した。
【００７４】
また、全ての条件において、パターン５−２の電力密度は、外側パターン５−３〜５−６の平均電力密度と中央パターン５−１の電力密度の平均値とした。発熱抵抗体５に掛かる全電力については、１０００Ｗ固定とした。
【００７５】
これによって、ウェハＷ交換時のウェハ温度のオーバーシュート量と安定時間に対する影響を調べた。
【００７６】
結果は表３に示した。
【００７７】
【表３】

【００７８】
表３から判るように、外側パターン５−３〜５−６の内外の電力密度比Ｚが９０％未満であるＮｏ．１は温度安定時間が５０秒以上となり、また、前記電力密度比が２５０％を越えるＮｏ．７は、昇温過渡時の温度バラツキが顕著に大きくなり１０℃以下とすることが出来なかった。
【００７９】
これに対し、外側パターン５−３〜５−６間の電力密度バラツキが６０％以下であり、且つ外側パターン５−３〜５−６の内外の電力密度比が９０〜２５０％であるＮｏ．１〜３およびＮｏ．６〜１０は、温度安定時間が５０秒以下であり、且つ昇温過渡時の温度バラツキは１０℃以下と小さくすることができた。
【００８０】
なお、本実験は、φ２００ｍｍ径のウェハＷを用いて行ったが、φ３００ｍｍ径のウェハＷであっても同様の結果であった。
【００８１】
また、本実験は、反りのないウェハＷを用いて行ったが、反りを有するウェハＷを用いた場合も同様の結果となった。
【００８２】
【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ェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に少なくとも1個以上の中央パターンと2個以上に分割された外側パターンからなる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ェハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は少なくとも１個以上の中央パターンと２個以上に分割された外側パターンからなり、前記２個以上に分割された複数の外側パターン間の電力密度差が外側パターンの平均電力密度の６０％以下とすることにより、ウェハを交換した際のウェハ温度の昇温過渡時のオーバーシュートを１０℃以下に小さくし、オーバーシュート量を小さくするとともに、所定温度±１℃にウェハ温度が安定するまでの時間を短縮することが可能となる。
また、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に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ェハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は少なくとも１個以上の中央パターンと２個以上に分割された外側パターンからなり、前記載置面の外周部に対する中心部の高さをＸ（μｍ）とし、前記外側パターンを内側と外側の２つの範囲に等分割し、外周パターンの内外電力密度比Ｚ＝（（前記外側範囲の平均電力密度）／（前記内側範囲の平均電力密度）×１００）（％）とした時、前記電力密度比Ｚが９０〜２５０％とすることにより、ウェハを交換した際のウェハ温度の昇温過渡時のオーバーシュートを１０℃以下に小さくし、オーバーシュート量を小さくするとともに、所定温度±１℃にウェハ温度が安定するまでの時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置の発熱抵抗体パターン配置の一例を示す図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の均熱板の断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明のウェ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５】本発明のウェハ加熱装置の均熱板の一部拡大断面図である。
【図６】本発明のウェハ加熱装置の均熱板の平坦度と発熱抵抗体の電力密度分布に関する好ましい範囲を示す図である。
【符号の説明】
１：ウェハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：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
Ｗ：ウェハ

Claims

セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に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ェハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は少なくとも１個以上の中央パターンと２個以上に分割された外側パターンからなり、前記２個以上に分割された複数の外側パターン間の電力密度差が外側パターンの平均電力密度の６０％以下であることを特徴とするウェハ加熱装置。
セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に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ェハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は少なくとも１個以上の中央パターンと２個以上に分割された外側パターンからなり、前記載置面の外周部に対する中心部の高さをＸ（μｍ）とし、前記外側パターンを内側と外側の２つの範囲に等分割し、外周パターンの内外電力密度比Ｚ＝（（前記外側範囲の平均電力密度）／（前記内側範囲の平均電力密度）×１００）（％）とした時、前記電力密度比Ｚが９０〜２５０％であることを特徴とするウェハ加熱装置。