JP3906026B2

JP3906026B2 - ウエハ加熱装置

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Publication number: JP3906026B2
Application number: JP2000385443A
Authority: JP
Inventors: 孝一林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP2002184683A

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、液晶基板等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４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５２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面５３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に導通端子５７がロウ材層５６により固定された構造のウエハ加熱装置５１が用いられていた。そして、前記均熱板５２は支持体６１にネジ６５により固定され、さらに均熱板５２の内部には熱電対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。
【０００５】
そして、ウエハ加熱装置５１の載置面５３に、レジスト液が塗布されたウエハＷをウエハ位置決め用ガイド６４にて位置決めを行い載せたあと、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】
上記のようなウエハ加熱装置５１では、ウエハＷを均熱板５２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、均一なパターンを形成できなくなるからである。
【０００７】
また、図５に示すように、発熱抵抗体７５が均熱板７２に内蔵され、発熱抵抗体７５から均熱板７２の表面に設けたメタライズ部７６とその内部にロウ材を介して設置される導通端子７７と、前記均熱板５２を支持する支持体８１を有するウエハ加熱装置７１も知られている。
【０００８】
そして、例えば図４に示すウエハ加熱装置５１には、図６に示すように、均熱板５２の載置面５３に位置決め用のガイド６４を設置し、これによりウエハＷを載置面５３に位置決め固定する構造となっていた。具体的には、均熱板５２に穴６３を形成し、この穴６３にネジ６５を挿入し均熱板５２とガイド６４を挟み込むようにナット６６を締めつけることにより固定していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す従来のウエハ加熱装置５１は、前記均熱板５２を挟み込むようにしてネジ６５で位置決め用ガイド６４を固定する構造であるため、ネジ６５の締めつけにより均熱板５２に反りが発生し、この反りによりウエハＷと均熱板５２の間隔が不均一になるという問題があった。特に、均熱板５２上にウエハＷを設置し加熱する過渡状態において、ウエハＷ表面の温度分布が大きく異なり、レジスト等の膜形成において均一性が損なわれてしまうという課題があった。
【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、前記載置面に備えた凹部にネジ部を形成した固定金具を設置し、ウエハの位置決めを行うためのガイドを前記ネジ部により固定することにより、上記課題を解決した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るウエハ加熱装置の一例を示す断面図であり、炭化珪素、アルミナ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。
【００１３】
又、ウエハＷを載せる載置面３には、ウエハ位置決め用のガイド１４が取りつけられており、ウエハＷを載置面３に載せた時に、このガイド１４に倣って位置決めされるようになっている。
【００１４】
さらに、図２を用いてウエハ位置決め用のガイド１４の取り付け方法を説明する。セラミックからなる均熱板２には、凹部１３が形成されており、この凹部１３に、凹部１３の内径より大きな外径を持つ固定金具１７を圧入等により埋め込む。この固定金具１７には、図３に示すように内周部にネジ部１９と、リング部分に一部スリット２０を形成してあり、このスリット２０を縮めた状態で前記凹部１３に挿入し、固定金具１７のスリット２０が開こうとする弾性力により前記凹部１３内に保持されるようになっている。
【００１５】
そして、さらにその上に、セラミックスからなるウエハ位置決め用のガイド１４を載せてガイド１４に形成された貫通孔１４ａにネジ１５を通し、ネジ部１９に締めつけることにより、ガイド１４を固定する構造となっている。
【００１６】
このような構造にすることにより、ガイド１４を固定するために均熱板２をボルトナットで挟みこんで固定する必要がなくなるので、均熱板２の反りを防止することが可能となる。また、凹部１３に固定金具１７を弾性的に固定することにより固定金具１７等を小型化でき熱容量を小さく出来るので、ウエハＷの表面に温度分布が発生することを抑制することができる。
【００１７】
又、前記固定金具１７には、均熱板２に使用される窒化物セラミックスや炭化物セラミックスの熱膨張率に近い材質を用い、その熱膨張率を３．９〜８．０×１０^-6／℃（３０〜４００℃）とすることが好ましい。これは、その範囲より熱膨張率が小さ過ぎると、均熱板２が加熱された時の熱膨張の差により、固定金具１７が均熱板２より抜けてしまうという問題が発生しやすく、逆に大き過ぎると熱膨張の差により、均熱板２にクラックを発生させてしまう可能性があるためである。具体的には、アンバー、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金、４２アロイ、Ｎｉ、ＳＵＳ３０４等の耐酸化性金属、もしくは耐酸化表面処理の施されたものを用いることが好ましい。
【００１８】
さらに、前記固定金具１７の外径は、均熱板２に施された凹部１３の直径より０．０１〜０．１ｍｍ大きくすることが好ましい。０．０１ｍｍより小さくすると固定金具１７の均熱板２への保持力が著しく低下し、抜けてしまう可能性があり、０．１ｍｍより大きくすると、固定金具１７を均熱板２に圧入する際に、凹部１３より欠けやクラックを発生させてしまう可能性が高い。また、スリット２０を狭めることによりネジ部１９が狭められるため、ガイド１４に施されたネジが入らないという問題が発生する。スリットの寸法は、固定金具１７の寸法にもよるが０．２〜０．８ｍｍ程度あれば良い。
【００１９】
なお、固定金具１７に対するガイド１４の固定方法をネジ締めにより説明してきたが、別にネジ締めに限定する必要はなく、例えば金属の弾性を用いた別の手法を用いても構わない。
【００２０】
また、前記固定金具１７の均熱板２に設置する側の底面の角部１７ａを曲率半径０．０５ｍｍ以上の曲面もしくは幅が０．０５ｍｍ以上のＣ面とすることが好ましい。また、固定金具１７が圧入される凹部１３の底部の角部１３ａにも、同様に曲率半径０．０５ｍｍ以上の曲面加工を施すことが好ましい。このように、各角部１７ａを加工することにより、角部１７ａへの応力集中を防止し、クラックの発生を防止することができる。
【００２１】
また、固定金具１７の圧入に際して、凹部１３の底部と固定金具１７の底部は接しないように圧入することが好ましい。加熱冷却速度を速くする為に均熱板２の厚みは、２〜７ｍｍに加工されているため凹部１３の底厚が薄く、圧入する固定金具１７が凹部１３の底面に接すると、圧入の応力により凹部１３の角部１３ａにクラックが発生する場合がある。そこで、固定金具１７の底部と凹部１３の底部との間には、０．０５ｍｍ以上の隙間を残すようにすることが好ましい。
【００２２】
また、ガイド１４の材質としては、ウエハＷに対する汚染防止の観点から、高純度のセラミックスを使用することが好ましい。そして、ウエハＷとの摺動による磨耗を防止するため、表面は鏡面研磨することが好ましい。具体的には、アルミナ、ムライト、ジルコニア等の材料を使用することができる。
【００２３】
そして、ガイド１４の個数は３個以上とすれば良い。２個では、位置を固定することが出来ない。また、ガイド１４の数を極端に増やすことは、均熱板２の載置面の温度分布を悪くするので、８個以下にすることが好ましい。
【００２４】
また、ネジ１５の材質としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の耐熱性を有するステンレス製のものを使用することが、経済性の面からも好ましい。
【００２５】
さらに、図１を用いて本発明のウエハ加熱装置１を詳細に説明する。
【００２６】
発熱抵抗体５のパターン形状としては、円弧状の電極部と直線状の電極部とからなる略同心円状をしたものや渦巻き状をしたものなど、載置面３を均一に加熱できるパターン形状であれば良い。均熱性を改善するため、発熱抵抗体５を複数のパターンに分割することも可能である。また、発熱抵抗体５としては、金や銀、パラジウム、白金族金属等を使用することができる。
【００２７】
さらに、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、導通端子７を弾性体８によって該給電部６に押圧して接触させることにより、導通が確保されている。
【００２８】
このように、均熱板２に形成された給電部６と導通端子７間の接続を、押圧による接触とすることにより、均熱板２と支持体１１の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し、耐久性良好なウエハ加熱装置１を提供することができる。
【００２９】
なお、均熱板２は金属製の支持体１１に、その開口部を覆うように設置してある。金属製の支持体１１は一層もしくは多層の板状構造部１３を有している。また該板状構造部１２には、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が絶縁材９を介して設置され、弾性体８により均熱板２の表面の給電部６に押圧されている。また、熱電対１０は、均熱板２の中央部のウエハ載置面３の直近に設置され、熱電対１０の温度を基に均熱板２の温度を調整する。発熱抵抗体５が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの発熱抵抗体５のブロックに測温用の熱電対１０を設置する。
【００３０】
また、熱電対１０としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径１．０ｍｍ以下のシース型の熱電対１０を使用することが好ましい。また、均熱板２に埋め込まれた先端部に力が掛からないように熱電対１０の途中が支持部１１の板状構造部１３に保持されている。この熱電対１０の先端部は、均熱板２に孔が形成され、この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材により押圧固定することが測温の信頼性を向上させるために好ましい
また、支持体１１内に昇降自在に設置された不図示のリフトピンにより、ウエハＷを載置面３上に載せたり載置面３より持ち上げたりといった作業がなされる。不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウエハＷを不図示のリフトピンで下降させる時に前記ガイドに倣ってウエハＷが位置決めされるようになっている。均熱板２上の位置決めガイドは、等間隔に３箇所以上設置することが好ましい。
【００３１】
そして、ウエハＷは、不図示のウエハ支持ピンにより載置面３から浮かした状態で保持され、片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。
【００３２】
次に、給電部６に通電して発熱抵抗体５を発熱させ、絶縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。均熱板２を炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体により形成すると、熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間を短くすることができ、生産性を高めることができるとともに、５０Ｗ／（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。
【００３３】
なお、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、窒化珪素または窒化アルミニウムを主成分とする焼結体を用いる。
【００３４】
均熱板２を形成する炭化珪素質焼結体は、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を添加したり、もしくはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、イットリア（Ｙ₂Ｏ₃）のような金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工したのち、１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。炭化珪素はα型を主体とするものあるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
【００３５】
また、均熱板２を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、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。
【００３６】
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、２１００〜２２００℃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。
【００３７】
そして、均熱板２を形成する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。
【００３８】
また、均熱板２を形成する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。
【００３９】
さらに、これらのウエハ加熱装置１をレジスト膜形成用として使用する場合は、均熱板２として窒化物を主成分とする材料を使用すると、大気中の水分等と反応してアンモニアガスを発生させレジスト膜を劣化させるため、この場合均熱板２として、炭化珪素や炭化硼素等の炭化物からなるものを使用することが好ましい。また、この際、焼結助剤に水と反応してアンモニアやアミンを形成する可能性のある窒化物を含まないようにすることが必要である。これにより、ウエハＷ上に微細な配線を高密度に形成することが可能となる。
【００４０】
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。
【００４１】
一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として使用する場合、半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る。ここで、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６００μｍを越えると、均熱板２を形成する炭化珪素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〜６００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜４００μｍの範囲で形成することが良い。
【００４２】
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。
【００４３】
この絶縁層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、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クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００４４】
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に例えば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る。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。
【００４５】
また、絶縁層４を樹脂により形成する場合、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、ポリアミド樹脂等を用いることが好ましい。
【００４６】
なお、ガラスや樹脂からなる絶縁層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、ガラスペーストの場合は６００℃の温度で、樹脂ペーストの場合は３００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。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窒化アルミニウム質焼結体からなる均熱板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、ガラスからなる絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００４７】
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）等の導電性の金属酸化物や上記金属材料を樹脂ペーストやガラスペーストに分散させたペーストを用意し、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して、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。
【００４８】
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と同一の材質からなる保護膜を３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００４９】
発熱抵抗体５は、例えば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。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００５１】
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の円盤状としたのち、ウエハ位置決め用のガイド１４取り付けのために、本発明実施例として図２に示すように直径４ｍｍ深さ２ｍｍのザグリ加工した穴部１３を形成した均熱板２と、比較例として図６に示すように直径２．５ｍｍの貫通穴を施した均熱板５２を各々複数枚製作し、各均熱板２、５２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、スクリーン印刷法を用いて形成し、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から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、５４を形成した。
【００５２】
次いで絶縁層４、５４上に発熱抵抗体５、５５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、５５を形成した。発熱抵抗体５、５５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。
【００５３】
しかるのち発熱抵抗体５、５５に給電部６、５６を導電性接着剤にて固着させたのち、図２のタイプの本発明実施例の均熱板２には、外径４．０５ｍｍ、厚み１．８ｍｍ、Ｍ２のネジ部１９を備えた固定金具１７を凹部１３に圧入してガイド１４をＭ２のネジ１５にて固定した表１に示すＮｏ．４〜６の均熱板２を作製した。また、比較例として、ガイド６４と貫通穴６３にＭ２のネジ６５を通し、ナット６６で固定した表１に示すＮｏ．１〜３の均熱板５２を作製した。
【００５４】
これらの均熱板２、５２に、支持体１１、板状構造体２３、熱電対１０、導通端子７を組付けることによりウエハ加熱装置１、５１とした。
【００５５】
そして、このようにして得られた２種類のウエハ加熱装置１、５１の導通端子７、９７に通電して２５０℃で保持し、載置面３、５３の上に載せたウエハＷの表面温度分布を、中心とウエハ半径の１／２の円周上の６分割点６点の合計７点の温度が１℃以内となることを確認した後、１５０℃に３０分保持したのち、ウエハＷを載せてウエハＷが１５０℃に保持されるまでのウエハ面内の温度バラツキの過渡特性を各サンプル５サイクル調査しその最大値を測定置とした。
【００５６】
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、温度保持時の温度バラツキについては、１℃以内をＯＫとし、これを超えるものは、ＮＧとした。それぞれの結果は表１に示す通りであった。
【００５７】
【表１】

【００５８】
表１から判るように、比較例であるＮｏ．１〜３はウエハ面内の温度バラツキが１２〜１３℃と大きくなり、また、１５０℃温度キープ時の温度バラツキも１℃を越えてしまい好ましくなかった。
【００５９】
これに対し、本発明実施例であるＮｏ．４〜６は、ウエハ面内の昇温時の温度バラツキが６〜７℃と小さく、またウエハの温度を１５０℃に保持した時の温度バラツキも０．６〜０．８℃と小さくすることができた。
【００６０】
実施例２
ここでは、前記固定金具１７の圧入作業における適正寸法の調査、及び固定金具１７とセラミックからなる均熱板２の熱膨張率の差がウエハ位置決め用のガイド１４との保持力に与える影響を調査した。
【００６１】
熱膨張率が３．９×１０^-6／℃の炭化珪素質焼結体に、４２アロイ（熱膨張率８．０×１０^-6／℃）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱膨張率５．９×１０^-6／℃）、Ｗ（熱膨張率４．３×１０^-6／℃）、Ｎｉ（熱膨張率１５×１０^-6／℃）、ＳＵＳ３０４（熱膨張率１８．７×１０^-6／℃）、アンバー（熱膨張率０．８×１０^-6／℃）を素材とした図３に示す固定金具１７を外径４．００５ｍｍ、４．０１ｍｍ、４．０３ｍｍ、４．０６ｍｍ、４．０９ｍｍ、４．１２ｍｍ、４．１５ｍｍ、厚み１．８ｍｍにて製作し、前記均熱板２の凹部１３（穴径４．００ｍｍ、深さ２．０ｍｍ）に圧入にて埋め込み、さらに幅０．３ｍｍのスリット２０を形成したガイド１４をネジ部１９に設置してサンプルを作製した。スリット２０を形成しないものは、固定金具１７を挿入できないか、もしくは均熱板２の凹部１３の周囲にクラックが発生した。
【００６２】
これらのサンプルを３０〜２５０℃間でＯＮ、ＯＦＦ通電しながら、固定金具１７に引っ張り荷重をかけ、その抜け強度を調査した。評価基準としては、抜け強度が１００Ｎ以上のものをＯＫとし、それ未満のものをＮＧとした。
【００６３】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００６４】
【表２】

【００６５】
表２から判るように、全てのサンプルにおいて固定金具１７の外径が均熱板２の凹部１３の内径より、０．１ｍｍを越えて大きくなったところでネジが入らなくなったり、均熱板２にクラックが生じる等の問題が発生し、歩留まり低下が顕著となった。また、前記固定金具１７の外径と前記凹部１３の内径との差が０．０１ｍｍより小さいものは、全て引抜強度が１００Ｎ以下と低い値になった。
【００６６】
これに対し、固定金具１７の外径が前記凹部１３の内径より０．０１〜０．１ｍｍ大きなものは、１００Ｎ以上と良好な引抜強度を示した。
【００６７】
また、熱膨張率が８．０×１０^-6／℃より高いＮｉ、ＳＵＳ３０４は、ＯＮ、ＯＦＦ通電における均熱板２との熱膨張率の差により、クラックが生じ圧入可能な範囲が狭くあまり好ましくないと判断した。また、熱膨張率が３．８×１０^-6／℃以下の低いアンバーにおいては、ＯＮ、ＯＦＦ通電にて固定金具１７が極めて低い荷重で抜けてしまうため、均熱板２の熱膨張率より小さい素材を固定金具１７として選定することは、好ましくないと判断した。
【００６８】
これに対し、熱膨張率が４．３〜８．０×１０^-6／℃であるＷ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、４２アロイは、固定金具１７の外径が前記凹部１３の内径より０．０１〜０．１ｍｍ大きいものを用いた際に、クラックが発生せず良好であることが判った。
【００６９】
実施例３
ここでは、前記固定金具１７の底部の角部１７ａの曲率半径に関して、その好ましい範囲を調査した。厚み３ｍｍの炭化珪素質焼結体に穴径４ｍｍ、深さ２ｍｍの凹部１３を加工した均熱板２を３０枚作製した。そして、前記均熱板２に、外径４．０６ｍｍ厚み１．８ｍｍの固定金具１７の前記角部１７ａの曲率半径を０．０３ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍとなるように加工した後、圧入して、均熱板２に影響がないか調査を行った。
【００７０】
評価基準としては、均熱板２の外観にクラック、割れなどが生じた場合をＮＧとし、外観に異常が見受けられないものをＯＫとした。
【００７１】
それぞれの結果は表３に示す通りである。
【００７２】
【表３】

【００７３】
表３に示すように、固定金具１７の前記角部１７ａの曲率半径を０．０３ｍｍとしたＮｏ．１は、均熱板２の凹部１３付近にクラックや割れなどの異常が見受けられた。これは、固定金具１７の底面と均熱板２の穴部１３の底面との距離が近くなることにより最も弱い凹部１３の底面の外周部に応力がかかりクラックや割れが生じると推測される。これに対し、前記曲率半径を０．０５ｍｍ以上としたＮｏ．２〜６には、クラックや割れは発生せず良好であった。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミック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、前記載置面に備えた凹部にネジ部を形成した固定金具を設置し、ウエハの位置決めを行うためのガイドを前記ネジ部により固定することにより、均熱板の反りを防止し、良好な温度分布でウエハを加熱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】（ａ）は本発明のウエハ加熱装置の斜視図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置に用いる固定金具の斜視図である。
【図４】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図５】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図６】（ａ）は従来のウエハ加熱装置を示す斜視図であり、（ｂ）は、そのＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
１：ウエハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：発熱抵抗体
６：給電部
７：導通端子
８：弾性体
９：絶縁体
１０：熱電対
１１：支持体
１２：板状構造部
１３：凹部
１４：ガイド
１５：ボルト
１６：ナット
１７：固定金具
１８：隙間
１９：ネジ部
２０：スリット

Claims

セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置において、前記載置面に備えた凹部にネジ部を形成した固定金具を設置し、ウエハの位置決めを行うためのガイドを前記ネジ部により固定したことを特徴とするウエハ加熱装置。
前記固定金具が弾性力により前記均熱板の凹部に固定されていることを特徴とする請求項１のウエハ加熱装置。
前記固定金具は、前記凹部より０．０１〜０．１ｍｍ大きい直径を有し、且つスリット部を設けたことを特徴とする請求項２記載のウエハ加熱装置。
前記固定金具の熱膨張係数が３．９〜８．０×１０^−６／℃の範囲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。
前記固定金具の底面の角部を、曲面もしくはＣ面としたことを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。