JP3921060B2

JP3921060B2 - Wafer heating device

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Publication number: JP3921060B2
Application number: JP2001262742A
Authority: JP
Inventors: 英徳中間
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003077779A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウエハを加熱するのに用いるウエハ加熱装置に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶装置あるいは回路基板等のウエハ上に薄膜を形成したり、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きたが、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回あたりの処理数が減少するため、ウエハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウエハ加熱装置に対して、ウエハの加熱時間の短縮、ウエハの吸着・離脱の迅速化と同時に温度精度の向上が要求されてきた。
【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７に示すようなアルミニウム合金やステンレス鋼等の金属からなる均熱板４２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面４３とし、他方の主面には複数個のシーズヒータ４４を当接させ、押さえ板４５にて保持してなるウエハ加熱装置４１が用いられていた。ここで、前記均熱板４２は支持枠４７によって保持され、給電部４６から供給される電力によってシーズヒータ４４を発熱させることにより、均熱板４２の温度を調整するようになっていた。
【０００５】
ところが図７に示すウエハ加熱装置４１では、均熱板４２の熱変形を押さえる観点から、その板厚を１５ｍｍ以上と非常に厚くしているため熱容量が大きく、ウエハＷを所定の処理温度に加熱するまでの時間や、処理温度から室温付近に冷却するまでの時間が長くなり生産性が悪かった。
【０００６】
上記のようなウエハ加熱装置の処理温度の時間短縮を目的として、均熱板にセラミックス材料を用いたものが提案されている。例えば、特開平１１−４０３３０号に記載されているセラミックヒーターを均熱板として使用するウエハ加熱装置では、窒化物又は炭化物セラミックからなる板状体の表面に金属粒子を焼結させ発熱抵抗体を形成し、導通用の端子ピンを導電性ペーストにて発熱体表面に取り付けられている。また、温度制御のための熱電対は前記セラミック体に埋め込まれ固定されている。
【０００７】
しかしながら、このようなセラミックヒーターをウエハ加熱装置として使用した場合、加熱冷却の温度サイクルにて繰り返し使用すると、発熱抵抗体上に設けられた端子ピンの固定が不安定となり、そこに電気的な接点不良を発生させ断線してしまうといった問題があった。また、発熱抵抗体上により強固に端子ピンを固定しようと導電ペーストの量を多くすれば、その部分のみが周囲と熱容量の差が生じてしまい、均熱板としてセラミックのヒーターを使用した場合に温度分布が崩れ均熱性に欠けるといった問題もあった。
【０００８】
このような問題を解決するためのウエハ加熱装置として、特開２００１−１８９２７６号には、図８に示すようなウエハ加熱装置１が提案されている。このウエハ加熱装置１は、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。このようなウエハ加熱装置１はセラミックからなる均熱板２と金属製の支持部３４有した構造をしており、支持部３４は側壁部３５と多層構造部１０からなる。多層構造部１０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１１、均熱板２を冷却するためのガス噴射口１２、均熱板２の温度を測定するための熱電対９等が設置されている。
【０００９】
このようなウエハ加熱装置１は、前述の図７に示すようなアルミニウム合金やステンレス鋼等の金属からなる均熱板４２を用いたウエハ加熱装置４１に比べ、熱容量が小さいことや冷却のためのガス噴射口１２を好適に有することからウエハＷの加熱時間の短縮が可能となり、また、ウエハＷの吸着・離脱の迅速化と同時に温度制度の向上といった課題に対して優れた性能をもったものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなウエハ加熱装置には次のような未解決の問題があった。多層構造部には、前記した弾性的に押圧された給電端子や制御用熱電対、冷却ガスを供給するガス噴射口、リフトピンを貫通させるピンガイド等の様々な部材が取り付けられている。ウエハサイズの大型化にともない、高精度の均熱性能を要求されるウエハ加熱装置も、同様に大型化されたために前記給電端子や制御用熱電対の必要本数も大幅に増えてきた。このことから弾性的に押圧される力も大幅に増えてしまい、これらの部材を取り付けた多層構造部が大きく変形してしまう事態が発生するようになってきた。
【００１１】
またそのような多層構造部の変形の影響により、均熱板の内周部と外周部では弾性的に押圧される給電端子や制御用熱電対を押圧する力にばらつきが生じ、給電端子の部分では接触不良を発生させて接触抵抗が増大してしまう場合や、接触不良の状態のまま繰り返し通電すると、給電端子部分がスパークし導通が得られなくなるといった問題が発生することもあった。
【００１２】
また、制御用熱電対の部分では押圧される熱電対の接触状態が不安定なため、均熱板を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができないといった問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円板状セラミックス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備えた均熱板と、該均熱板の周囲を支持する金属製の支持体とからなるウエハ加熱装置において、前記支持体内部に設置された複数の支持板からなる多層構造部に、前記発熱抵抗体に電力を供給するための導通端子および／または前記均熱板の温度制御を行なうための温度検知素子を固定し、多層構造部を成す複数の支持板間に、支持板の８０％の直径を持った同心円内の範囲に３〜４個の変形防止部材を備えるとともに、該変形防止部材が筒状体からなり、その貫通孔内にウエハを昇降させるためのリフトピンを挿通したことを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記多層構造部が少なくとも２層の支持板からなり、そのうち最も均熱板側に設置された支持板の厚みが１〜４ｍｍであり、開口率が５〜７０％となるような開口部を有し、これと対向して設置された支持板の厚みが２〜７ｍｍであり、開口率が５〜４０％となるような開口部を有することを特徴とする。
【００１７】
そして、前記円板状セラミックスが、厚み２〜７ｍｍの炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は本発明に係るウエハ加熱装置１の一例を示す断面図で、炭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。
【００２０】
載置面３の表面には有底孔を有し、その有底孔内にはウエハＷと載置面３の距離を一定に保つために支持ピン８が挿入されている。支持ピン８の数は少なくとも３点以上にて支持できるように３個以上設置してある。また、支持ピン先端はウエハＷに均熱板２からの伝熱を受け部分的に加熱されないように、点接触となるように球形状や針形状に加工してある。
【００２１】
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。
【００２２】
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１１を押しバネ２１より押圧して接触させることにより、導通が確保されている。
【００２３】
さらに、均熱板２と支持体７の外周にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９を介在させてナット２０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の温度が変動した場合に支持体７が変形しても、上記弾性体１９によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを抑制し、ウエハ表面に、均熱板２の反りに起因する温度ばらつきが発生することを防止できるようになる。
【００２４】
なお、金属製の支持体７は内部に複数の支持板１０ａ、１０ｂからなる多層構造部１０を有し、均熱板２はその多層構造部１０に対向する上部を覆うように設置してある。また、多層構造部１０には均熱板２を冷却するためのガス噴射口１２とその冷却ガスを排出するための開口部１４が施されている。
【００２５】
また、均熱板２と対向する支持板１０ａには、発熱抵抗体５に給電するための導通端子１１、均熱板２の温度を測定し制御するための熱電対９を複数設置しており、これらは弾性的に押圧するよう固定してある。
【００２６】
この多層構造部１０間には弾性的に押圧固定することによって生じる多層構造部１０の変形を防止する変形防止部材１３、多層構造部間１０の外周部に設置され多層構造部１０間を固定する支柱１５が設置されている。
【００２７】
さらに、多層構造部１０は複数層からなり、該多層構造部１０の均熱板２に最も近い支持板１０ａは、均熱板２から５〜１５ｍｍの距離に設置することが望ましい。これは、均熱板２と多層構造部１０相互の輻射熱により均熱化が容易となると同時に、他層との断熱効果があるので、均熱となるまでの時間が短くなるためである。
【００２８】
上記変形防止部材１３は多層構造部１０を有する支持板１０ａの８０％の直径を持った同心円内の範囲に、少なくとも１つ以上の略同心円状に３個以上備え、多層構造部１０間に締着固定されていること好ましい。
【００２９】
変形防止部材１３の位置を、支持板１０ａの８０％の直径を持った同心円内の範囲以内とする理由は、例えば変形防止部材１３が中心部に１個だけの場合、中心部付近の多層構造部１０だけ部分的に変形防止効果を得られて、中心部と外周部間においては前述したような変形による問題が残ってしまうためである。また、２個の場合、変形防止部材１３を結ぶ線方向は多層構造部１０の変形防止効果があるが、この線方向に直角な方向は十分な効果を得られず、変形防止部材１３の無い部分においては前述の問題が発生してしまうのである。これより外側のみで多層構造部１０間を固定すると、弾性体にて押圧固定された導通端子１１や熱電対９のバネ力によって、多層構造部１０が変形してしまい、均熱板２の内周部と外周部では弾性的に押圧される導通端子１１や制御用の熱電対９を押圧する力にばらつきが生じ、導通端子１１が接触不良を発生し接触抵抗が増大してしまう場合がある。さらに、このような接触不良の状態のまま繰り返し通電すると、導通端子１１の給電部６との接触部分がスパークし導通が得られなくなってしまうからである。
【００３０】
また、制御用の熱電対９においても押圧される熱電対９の接触状態が不安定なため、均熱板２を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができなくなってしまうからある。
【００３１】
温度ドリフトとはある一定温度に均熱板２の温度を保持した状態で、制御用の熱電対９の検知温度を記録計などに記憶させたときに、均熱板２の温度が一定にも関わらず熱電対の検知温度が変化してしまう現象のことである。このような温度ドリフトが発生する原因としては、熱電対９の接触状態や測定環境によるものが考えられるが、ウエハ加熱装置１などの略密閉状態で加熱され保持したものでは、熱電対９の接触状態の変化が一番の原因であると考えられる。
【００３２】
また、このように多層構造部１０が偏った変形をしたものは、均熱板２にも影響を及ぼしてしまうことも試験の結果あらたに判明した。このようなウエハ加熱装置１においては、均熱板２自体が加熱冷却スピードを速めるために、極力薄くなるように設計されている。こうした場合、弾性的に押圧される均熱板２はそのバネ力により、ウエハＷの載置面３となる方向に凸形状に数百ミクロン変形が生じる。このような均熱板２自体の変形を防止するために、あらかじめバネ力設定値を取り付け位置によって変更するのだが、多層構造部１０が偏った変形を有している場合には、目的の効果が得られずに均熱板２にも偏った変形を発生させてしまう。均熱板２の変形は、ウエハＷと載置面３の距離が部分的に変わることになるため加熱時の温度ばらつきを生じさせる。
【００３３】
この温度ドリフトに関しては、発熱抵抗体５に通電して２５０℃まで加熱し冷却する熱サイクルを１０サイクル掛けた際の初期の温度に対する温度ドリフトが、０．４℃以内となるようにすることが好ましい。さらに好ましくは、０．２℃以内とすると良い。このような温度ドリフトが発生するものは、熱サイクルの数を増やしていくと、温度ドリフトがさらに大きくなる傾向を示す。このような温度ドリフトが発生すると、測定点によって実際の温度を測定できなくなっているにも拘わらず、その指示された温度を基に温度を制御するので、ウエハＷの温度が不均一になってしまう。上記のような多層構造部１０が偏った変形を示すものは、熱処理を加えれば０．４℃を越える温度ドリフトが発生するようになる。これに対し、例えば本発明の請求項１に示したように、支持体７内部に設置された複数の支持板１０ａ、１０ｂからなる多層構造部１０に、前記発熱抵抗体５に電力を供給するための導通端子１１および／または前記均熱板２の温度制御を行なうための温度検知素子９を固定し、多層構造部１０を成す複数の支持板７間に、支持板７の８０％の直径を持った同心円内の範囲に３個以上の変形防止部材１３を備えることにより、温度ドリフトを０．４℃以下にすることができる。また、このような観点から、この温度ドリフトの有無を、ウエハ加熱装置１の性能評価方法として使用することもできる。
【００３４】
また、前記変形防止部材１３の配置については、少なくとも１つの略同心円上に略等間隔に設置することが好ましい。
【００３５】
また、これまで図１に示したような発熱抵抗体５を均熱板２の表面に形成するタイプのウエハ加熱装置１について説明してきたが、発熱抵抗体５は均熱板２に内蔵されていても構わない。
【００３６】
図２を例に説明すると、例えば主成分が窒化アルミニウムからなる均熱板２を用いる場合、まず、発熱抵抗体５の材料としては窒化アルミニウムと同時焼結できる材料という観点から、タングステン又はタングステンカーバイドを用いる。均熱板２は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形成し、その表面にタングステンもしくはタングステンカーバイドからなるペーストを発熱抵抗体５のパターン形状にスクリーン印刷等の手法で形成し、その上に別の窒化アルミニウム成型体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で一体焼結させることにより得られる。また、発熱抵抗体からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホール２２を形成し、タングステン又はタングステンカーバイドからなるペーストを埋め込んだ後焼結させ、表面に電極を引き出すようにすればよい。また、給電部６はウエハＷの加熱温度が高い場合には、金、銀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２２の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の抵抗発熱体５の酸化を防止することができる。
【００３７】
また、他の実施形態として、図３にはウエハＷの取り替えや設定温度の変更の際に、ウエハＷを昇降させるためのリフトピン２３を貫通させる貫通穴２４を均熱板２に備え、かつ変形防止部材１３を筒状とし、その中空部にリフトピン２３を挿通させたウエハ加熱装置１を示している。このようなリフトピン２３を均熱板２に挿通させて使用する場合には、多層構造部１０と均熱板２の間にリフトピン２３のガイド２５を設ける。このガイド２５は多層構造部１０に固定されたガス噴射口１２から冷却時に噴射される冷却ガスが載置面３上に漏れ出さないようにするために略密着させて設けなければならない。
【００３８】
このようなウエハ加熱装置１では、変形防止部材１３によって、多層構造部１０の変形に伴う導通端子１１や制御用の熱電対９に係わる種々の問題を防止できるとともに、均熱板２を冷却するためにガス噴射口１２から噴射された冷却ガスが、リフトピン２３の昇降用の貫通穴２４からウエハＷを処理する処理室２７内に漏れ出すことが無く、多層構造部１０に設けられた開口部１４を通り処理室２７外へ排出されるため、処理室内で乾燥、焼き付けされるウエハＷ上の形成膜に影響を及ぼすことが無くなる。
【００３９】
また、変形防止部材１３をリフトピン２３のガイドと兼用としたことで多層構造部１０内のスペースを有効に活用できるとともに部品点数を削減できる。このようなウエハ加熱装置１では高精度の温度制御を行うために、均熱板２に近接する部品は極力少なく小型化することが良い。その理由は、大型の部品を均熱板２に近接すると、その部品自体に蓄熱され均熱板２の温度分布に影響を与えたり、冷却時になかなか冷却されず降温時間が遅くなったりするからである。このような理由から変形防止部材１３はガイドと兼用させることが好ましい。さらに取り付け位置も、導通端子１１や熱電対９、ガス噴射口１２の取り付け位置の妨げにならない配置で等間隔に設置可能な設計をするとよい。
【００４０】
図４にガイド２５との変形防止部材１３を一体化した場合の詳細図を示す。多層構造部１０間に変形防止を目的として変形防止部材１３をネジ２６にて固定する。この変形防止部材１３はガイド２５を一体化した筒状体であり、中空部分にリフトピン２３を挿入するようになっている。変形防止部材１３のガイド２５を均熱板２と対向する多層構造部１０ａに予め設けた貫通穴に通しネジ２６にて固定する。変形防止部材１３のガイド２５の長さは均熱板２とガイド２５が略密着状態となるように設定する。
【００４１】
図４に示した変形防止部材１３は実施例の一例を示したものであり、変形防止効果、ガイド機能を果たすものであれば、一体化成型されたものに限られるものではなく、また、形状も円筒状、筒状、中空Ｉ型状などさまざまな形状であっても構わない。
【００４２】
また、多層構造部１０の最も均熱板２側の層に設置された支持板１０ａの厚みは１〜４ｍｍとすることが好ましい。１ｍｍ未満とすると、変形防止部材１３を設置しても、支持板１０ａに設置された導通端子１１や制御用の熱電対９を押圧固定した際に発生するバネ力で、バネを用いた前記の各部品周辺の多層構造部１０が部分的に変形してしまう。変形防止部材１３を無限に取り付けることが可能であれば、多層構造部１０の変形を防止できるのだが、実際には取り付けスペースの問題やコスト、変形防止部材１３自体の熱容量による蓄熱効果の影響で均熱性能が低下することなどから、無限に多数設置することは現実的ではない。
【００４３】
また、支持板１０ａの厚みを４ｍｍ以上とすると均熱板２からの輻射熱が蓄熱され、例えば一定時間ガス噴射口１２から冷却ガスを噴射しても、その後支持板１０ａからの放熱によって再度均熱板２が温められてしまう。このような場合、支持板１０ａが均熱板２に影響しない温度まで冷却されるように、冷却時間を長く設定しなければならず、効率の良い温度設定変更の妨げとなり十分な機能を得られない。そのため支持板１０ａは問題の発生しない範囲において極力薄く設計することが好ましい。
【００４４】
さらに、均熱板２側に設けられた支持板１０ａと対向して設置された支持板１０ｂの厚みは２〜７ｍｍとすることが好ましい。支持板１０ｂは均熱板２側に設置された支持板１０ａを、変形防止部材１３を用いて固定する際のベース面となる。そのため２ｍｍより薄くなってしまうと支持板１０ｂが支持板１０ａ側に引っ張られる形で変形してしまうため好ましくない。
【００４５】
また、支持板１０ｂを７．０ｍｍを越える厚みとした場合、ベース面としての機能は十分に得られるのだが、ウエハ加熱装置１内の各部品の取り付けスペースが無くなり好ましくない。十分な取り付けスペースが得られるようにすると、ウエハ加熱装置１が大型化してしまうとともにウエハ加熱装置１の重量も重くなり、半導体製造装置内に組み込む際に作業性が悪化するために問題となってしまう。このように支持板１０ｂの厚みは、支持板１０ａを、変形防止部材１３を用いて固定する場合のベース面としての機能を十分に発揮させるために、支持板１０ａよりも厚く設定することが良い。
【００４６】
多層構造部１０の材質は、熱的特性から耐酸化性の金属やセラミックスとすることが良い。これはウエハ加熱装置１の加熱温度による変形を抑制できることや酸化による変色や変質もなくパーティクルの発生等の問題が無いためである。
【００４７】
しかし、セラミック製の多層構造部１０を作製するためには、成型や焼成、穴加工やネジ加工等において金属加工のそれに比べ、非常に高コストとなるため、実質的には耐酸化性の金属材料にて製作することが製品コストを安価にすることから好ましい。
【００４８】
熱的特性に優れる耐酸化性の金属材料とは、具体的にはステンレス（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）、ニッケル（Ｎｉ）等の耐酸化性金属や、一般鋼（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）にニッケルメッキやニッケルメッキ上に金メッキを重ねて耐酸化処理を施した金属材料のことである。
【００４９】
また、ここで均熱板２を冷却するためにガス噴射口１２から噴射された冷却ガスを処理室外に排出するために支持板１０ｂには、その面積の５〜４０％の開口率となるように開口部１４が形成されている。この開口部１４の面積が５％未満であると、支持体７の容積の中でガス噴射口１２から噴射されるガスと排出されるべきガスが混合されて、冷却効率が低下してしまう。また、開口部１４の面積が４０％を越えると、導通端子１１やガス噴射口１２を保持するスペースが不足するとともに強度が不足して、導通端子１１の電極パッド６への押圧力が安定せず、接触状態が悪くなり断続使用時の耐久性が悪くなる。
【００５０】
このように、多層構造部１０に開口部１４を設けることにより、冷却時はガス噴射口１２から噴射された冷却ガスが均熱板２の表面の熱を受け取り、支持体１１内部に滞留することなく開口部１４から順次層外に排出され、ガス噴射口１２から噴射される新しい冷却ガスで均熱板２表面を効率的に冷却できるので冷却時間が短縮することができる。
【００５１】
さらに、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、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。
【００５２】
このとき均熱板２の厚みは、２〜７ｍｍとすることが好ましい。均熱板２の厚みが２ｍｍより薄いと、均熱板２の強度が弱くなり発熱抵抗体５の発熱による加熱時、ガス噴射口１２からの冷却流体を吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、均熱板２にクラックが発生する。また、均熱板２の厚みが７ｍｍを越えると、均熱板２の熱容量が大きくなるので加熱および冷却時の温度が安定するまでの時間が長くなってしまい好ましくない。
【００５３】
また、発熱抵抗体５への給電方法については、支持体７に設置した導通端子１１を均熱板２の表面に形成した給電部６に導通端子１１をバネで押圧することにより接続を確保し給電する。これは、２〜７ｍｍの厚みの均熱板２に金属からなる端子部を埋設して形成すると、該端子部の熱容量により均熱性が悪くなるからである。そのため、本発明のように、導電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、均熱板２とその支持体７の間の温度差による熱応力を緩和し、高い信頼性で電気的導通を維持できる。さらに、接点が点接触となるのを防止するため、弾性のある導体を中間層として挿入しても構わない。この中間層は単に箔状のシートを挿入するだけでも効果がある。そして、導通端子１１の給電部６側の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。
【００５４】
また、均熱板２の温度は、均熱板２にその先端が埋め込まれた制御用の熱電対９により測定する。熱電対９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９を使用することが好ましい。図５に示すように、この熱電対９の先端部は、均熱板２に形成された孔の底面に略平行に設置され、円筒状の金属体２９を介して、固定軸３１に取り付けられたスリーブ３２、バネ材２８、ワッシャー３３を多層構造部１０に固定板３０にてネジ止めしてある。このようにバネ材２８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。なお、ここに示した熱電対９の取り付け構造は一例でありこの限りではない。
【００５５】
さらに、レジスト膜形成用のウエハ加熱装置１として使用する場合は、均熱板２の主成分を炭化珪素にすると、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、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。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。
【００５６】
なお、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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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４００μｍ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１００〜４００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲とすることが良い。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
なお、ガラスからなる絶縁層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、ガラスペーストを６００℃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８５０〜１３００℃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。
【００６３】
さらに、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体５材料としては、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。
【００６４】
ただし、発熱抵抗体５材料に銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）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と同一の材質からなるコート層を４０〜４００μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００６５】
【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３．５ｍｍ、外径３２０ｍｍ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、ガラス粉末にエチルセルロースと有機溶剤のテルピネオールからなるバインダー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印刷した後、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とした。
【００６６】
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粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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は図６に示すような中心部５ａと外周部を周方向に４分割した５パターン構成（５ｂ〜５ｅ）とした。しかるのち発熱抵抗体５に給電部６を設け、導通端子１１を押圧固定させることにより、均熱板２を製作した。
【００６７】
また、支持体７内には厚み２ｍｍのＳＵＳ３０４からなる支持板１０ａと厚み３ｍｍの支持板１０ｂからなる多層構造部１０を形成し、多層構造部１０ａ、１０ｂ間に、種々の評価水準に基づいた数及び位置に配置した変形防止部材１３、分割された発熱抵抗体５の各パターンを制御するための５本の熱電対９、給電部６に導通させるための１０本の導通端子１１を所定の位置に形成し、評価用のウエハ加熱装置を準備した。また２枚の多層構造部１０のうち、最上層の多層構造部１０ａから均熱板２までの距離は８ｍｍ、下層の多層構造部１０ｂから上層の多層構造部１０ａまでの距離は１２ｍｍとした。
【００６８】
その後、前記支持体７の上に、均熱板２を重ね、その外周部にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９を介在させてナット２０を螺着することにより弾性的に固定することによりウエハ加熱装置１とした。
【００６９】
変形防止部材１３の位置は、中心部、均熱板２直径に対して、５０％〜９０％の同心円内の範囲に略等間隔に設置したもの、及び、比較用として変形防止部材１３を備えないものを準備した。
【００７０】
評価条件としては、各ウエハ加熱装置１の給電部６に通電して５分間で２５０℃まで昇温した後、冷却ガスを均熱板２に噴射し５分間で５０℃まで冷却するといった温度履歴を１サイクルとするサイクル試験を２０００サイクル行った。
【００７１】
評価基準としては、均熱板２に設けられた５つの発熱抵抗体５ａ〜５ｅのうち、最も抵抗変化したパターンの３０００サイクル後に抵抗変化量が１％以下であり、外観検査にて給電部６にスパーク等の不具合が発生しなかったものをＯＫとした。抵抗変化とスパーク等の外観不良の両方が無かったものは○、どちらか片方でも不具合が発生したものは×とした。
それぞれの評価条件・結果は表１に示す通りである。
【００７２】
【表１】

【００７３】
表１からわかるように、まず、変形防止部材１３を有しないＮｏ．１のウエハ加熱装置は、２５０℃から５０℃のサイクル評価後の抵抗変化量が３．２２％と大きく変化した。このとき最も抵抗変化量が大きかったものは５ａのパターンであった。
【００７４】
また、サイクル評価後の給電部６の外観確認においては、５分割したパターンのうち中心部５ａの給電部６ａ、６ｂと、分割された外周部の発熱抵抗体のうち給電部６が均熱板２の中心に近い部分に設けられた６ｃ、６ｄにおいて発生していた。さらに、その中で最も損傷の激しかった給電部は６ａの給電部であった。このように変形防止部材１３を設けていない場合、最も変形の影響を受けやすい中心部付近であるといえる。
【００７５】
次に、変形防止部材１３を中心部に１個だけ設置したＮｏ．２にておいても、３０００サイクル後の抵抗変化量は２．１８％と大きく変化し、外観確認において給電部６ｂが黒く変色しスパークした形跡が認められた。変形防止部材１３を中心部のみに設けても、多層構造部１０全体の変形を防止できないことが判った。
【００７６】
また、変形防止部材１３を支持板１０ａの直径に対して５０％の位置に、直線上に並べて設置したＮｏ．３のウエハ加熱装置においても、発熱抵抗体５ａにおいて３０００サイクル後の抵抗変化量は２．３７％と大きく変化してしまった。さらに、外観確認にてスパーク跡を調査したところ発熱抵抗体５ａに設けられた給電部６ｂと外周部の発熱抵抗体５ｃ、５ｅに備えられた６ｆ、６ｈ給電部６ｂにスパークの形跡があった。
【００７７】
これは、変形防止部材が２個の場合、変形防止部材１３を結ぶ線方向は多層構造部１０の変形防止効果があるが、この線方向に直角な方向は十分な効果を得られず、変形防止部材１３の無い部分においては前述の問題が発生してしまうためである。
【００７８】
また、変形防止部材１３を支持板１０ａの直径に対して９０％の位置に設置したものについても、５ａのパターンにおいて３０００サイクル後の抵抗変化量は１．２６％と大きく変化してしまった。外観確認にてスパーク跡を調査したところ給電部６ａにスパークの形跡があった。これは、変形防止部材１３が外周に近い位置にあるため、その性能を十分に発揮できずに結果的には、変形防止部材１３を設置しない状態のように、中心部に近い給電部６ａにて問題を発生させたのであった。
【００７９】
これに対し、変形防止部材１３を均熱板２直径の８０％以内の範囲で３個以上設けたＮｏ．４〜７、Ｎｏ．９〜１２は、サイクル評価後の抵抗変化はいずれも０．６％以内で判定基準の１％を大きく下回る結果となった。サイクル評価後の給電部の外観確認においても問題となる変色や、スパーク等はなく良好な結果が得られた。
【００８０】
実施例２
実施例１と同様の製造方法にて均熱板２及びウエハ加熱装置１を製作した。実施例２として、実施例１と同様に多層構造部１０間に変形防止部材１３を中心部、均熱板２直径に対して、５０％〜９０％の同心円内の範囲に略等間隔に設置したもの、及び、比較用として変形防止部材１３を備えないものを準備した。
また、図６に示すような５分割されたそれぞれの発熱抵抗体５ａ〜５ｅに制御用の熱電対９ａ〜９ｅとしてφ０．５ｍｍのＫタイプシース型熱電対を設置した。
【００８１】
評価条件としては、各ウエハ加熱装置１の給電部６に通電して２５０℃保持時のウエハＷ表面の温度ばらつきが±０．５℃となるように調整し、２５０℃にて３０分間保持した後、ガス噴射口１２からの冷却ガスによって冷却するサイクルを１０サイクルおこない、１０サイクル目の２５０℃保持時の温度ドリフトを各制御用の熱電対９にて確認した。また、そのときのガス噴射口１２への冷却ガス流量は６０Ｌ／Ｍｉｎにて行った。
【００８２】
それぞれの評価基準としては、２５０℃保持時における制御用の熱電対９の温度ドリフト幅が０．４℃（±０．２℃）以内のものをＯＫとし、０．４℃を越えるものはＮＧとした。結果としてすべての制御用の熱電対９ａ〜９ｅにおいて温度ドリフト幅が０．４℃以内であったものを○、１箇所でも０．４℃を越える温度ドリフトが発生したものは×とした。
【００８３】
それぞれの評価条件・結果は表２に示す通りである。
【００８４】
【表２】

【００８５】
表２に示す通り、まず変形防止部材１３を有しないＮｏ．１のウエハ加熱装置１は、２５０℃の保持時に中心部の熱電対９ａが０．６６℃と大きな温度ドリフトを示した。同時に分割された外周部の発熱抵抗体５に設置された熱電対の１箇所で熱電対９ｃに０．４℃を越える温度ドリフトが確認された。また、変形防止部材１３を中心部のみに備えたＮｏ．２のものでも２５０℃の温度保持時に分割された外周部の発熱抵抗体５に設置された熱電対の１箇所で熱電対９ｂに０．４℃を越える温度ドリフトが確認された。
【００８６】
このような問題は前記した実施例１の場合と同様に、多層構造部１０の変形が中心部分に近づくほど大きくなることや、中心部分に１個だけ設けた場合には全体の変形を防止できないことから発生しているといえる。
【００８７】
また、変形防止部材１３を均熱板２の直径に対して５０％の位置に、直線上に並べて設置したＮｏ．３のウエハ加熱装置においても、分割された外周部の発熱抵抗体５に設置された熱電対の２箇所で熱電対９ｂの温度ドリフトが確認された。これも実施例１の場合と同様で変形防止部材が２個の場合、変形防止部材１３を結ぶ線方向は多層構造部１０の変形防止効果があるが、この線方向に直角な方向は十分な効果を得られず、変形防止部材１３の無い部分においては前述の問題が発生してしまうためだといえる。
【００８８】
このように、制御用の熱電対９において押圧される熱電対９の接触状態が不安定な状態では、均熱板２を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができなくなってしまい製造上の問題を発生させてしまう。
【００８９】
それに比べ、変形防止部材１３を均熱板２直径の８０％以内の範囲で３個以上設けたＮｏ．４〜１２は、２５０℃の温度保持時に発熱抵抗体５の中心部および分割された外周部に設置された熱電対９ａ〜９ｅの全ての箇所で熱電対９ｂの温度ドリフトが発生せず、良好な結果が得られた。
【００９０】
このように、前記多層構造部１０を備えたウエハ加熱装置において、多層構造部１０間に、前記均熱板２の８０％の直径をもった範囲内に少なくとも１つ以上の略同心円状に３個以上の柱状の変形防止部材１３を備え、多層構造部１０間に締着固定したウエハ加熱装置１は、変形防止部材１３を設置しないものと比較して、多層構造部１０が大きく変形してしまい、給電端子６の部分では接触不良を発生させて接触抵抗が増大してしまう場合や、給電端子６の部分がスパークし導通が得られなくなるといった問題や、熱電対９の接触状態が不安定なため温度リフトが発生してしまい精密な温度制御ができないといった問題を解決できるという良好な結果を得られた。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、多層構造部に変形防止部材を有するウエハ加熱装置では高精度の均熱性能を要求される大型化されたものでも、多層構造部が大きく変形してしまうといった問題が防止できる。
【００９２】
またそのことにより多層構造部の変形の影響により、均熱板の内周部と外周部では弾性的に押圧される給電端子や制御用熱電対を押圧する力にばらつきが生じ、給電端子の部分では接触不良を発生させて接触抵抗が増大してしまう場合や、接触不良の状態のまま繰り返し通電すると、給電端子の部分がスパークし導通が得られなくなるといった問題も防止でき安定した電力供給が可能となった。
【００９３】
さらに、制御用熱電対の部分では押圧される熱電対の接触状態が不安定なため、均熱板を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができないといった問題が防止でき、精密な温度制御が可能となった。
【００９４】
これにより、半導体素子の製造工程において、例えば、ウエハＷの表面に均一なレジスト膜を形成したり、均一な半導体薄膜を形成したり、また、均一なエッチング処理を施すことが出来るといったような効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のウエハ加熱装置における変形防止部材近傍の拡大断面図である。
【図５】本発明のウエハ加熱装置における熱電対設置部の拡大断面図である。
【図６】本発明のウエハ加熱装置における発熱抵抗体の一例を示す平面図である。
【図７】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図８】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【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：支持ピン
９：熱電対
１０：多層構造部
１１：導通端子
１２：ガス噴射口
１３：変形防止部材
１４：開口部
１５：支柱
１６：ボルト
１７：断熱部
１８：弾性体
１９：座金
２０：ナット
２１：押しバネ
２２：スルーホール
２３：リフトピン
２４：貫通孔
２５：ガイド
２６：ネジ
２７：処理室
２８：バネ材
２９：金属体
３０：固定板
３１：固定軸
３２：スリーブ
３３：ワッシャー
３４：支持部
３５：側壁部
４１：ウエハ加熱装置
４２：均熱板
４３：載置面
４４：シーズヒータ
４５：押さえ板
４６：給電部
４７：支持枠[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer heating apparatus mainly used for heating a wafer. For example, a thin film is formed on a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal device, or a circuit board, or a resist applied on the wafer. It is suitable for forming a resist film by drying and baking the liquid.
[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. .
[0003]
Conventional semiconductor manufacturing apparatuses have been batch-type, which forms a plurality of wafers at once. To increase the 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, since the number of processes per one time is reduced in the single wafer type, it is necessary to shorten the wafer processing time. For this reason, the temperature of the wafer heating device can be reduced simultaneously with shortening the heating time of the wafer and speeding up the adsorption / detachment of the wafer. Spirit Improvement of the degree has been required.
[0004]
Among these, in forming a resist film on a semiconductor wafer, one main surface of a soaking plate 42 made of a metal such as an aluminum alloy or stainless steel as shown in FIG. 7 is used as a mounting surface 43 on which the wafer W is placed. A wafer heating device 41 is used in which a plurality of sheathed heaters 44 are brought into contact with the other main surface and held by a pressing plate 45. Here, the heat equalizing plate 42 is held by a support frame 47, and the temperature of the heat equalizing plate 42 is adjusted by causing the sheathed heater 44 to generate heat by the electric power supplied from the power supply unit 46.
[0005]
However, in the wafer heating apparatus 41 shown in FIG. 7, from the viewpoint of suppressing the thermal deformation of the soaking plate 42, the plate thickness is very large, 15 mm or more, so the heat capacity is large and the wafer W is heated to a predetermined processing temperature. Productivity was poor due to the longer time to cool down and the time from cooling to the room temperature.
[0006]
For the purpose of shortening the processing temperature of the wafer heating apparatus as described above, a soaking plate using a ceramic material has been proposed. For example, in a wafer heating apparatus using a ceramic heater described in JP-A-11-40330 as a soaking plate, metal particles are sintered on the surface of a plate-like body made of nitride or carbide ceramic, and a heating resistor is provided. The terminal pin for conduction is formed on the surface of the heating element with a conductive paste. A thermocouple for temperature control is embedded and fixed in the ceramic body.
[0007]
However, when such a ceramic heater is used as a wafer heating device, if it is repeatedly used in a heating / cooling temperature cycle, the fixing of the terminal pins provided on the heating resistor becomes unstable, and there is an electrical contact there. There was a problem that a defect occurred and the wire was disconnected. Also, if the amount of conductive paste is increased in order to fix the terminal pin more firmly on the heating resistor, only that part will have a difference in heat capacity from the surroundings, and when a ceramic heater is used as a soaking plate There was also a problem that the temperature distribution collapsed and lacked thermal uniformity.
[0008]
As a wafer heating apparatus for solving such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-189276 proposes a wafer heating apparatus 1 as shown in FIG. In this wafer heating apparatus 1, one main surface of a soaking plate 2 made of ceramic is used as a mounting surface 3 on which a wafer W is placed, and the other main surface generates heat via an insulating layer 4 made of glass or resin. A resistor 5 is formed. Such a wafer heating apparatus 1 has a structure including a soaking plate 2 made of ceramic and a metal support portion 34, and the support portion 34 includes a side wall portion 35 and a multilayer structure portion 10. The multilayer structure 10 includes a conduction terminal 11 for electrical connection with a power supply unit 6 for supplying power to the heating resistor 5 of the soaking plate 2, a gas injection port 12 for cooling the soaking plate 2, and a soaking plate. A thermocouple 9 for measuring the temperature 2 is installed.
[0009]
Such a wafer heating apparatus 1 has a smaller heat capacity and is used for cooling than the wafer heating apparatus 41 using the soaking plate 42 made of a metal such as an aluminum alloy or stainless steel as shown in FIG. Since the gas injection port 12 is suitably provided, the heating time of the wafer W can be shortened, and the wafer W has excellent performance with respect to the problem of improving the temperature system at the same time as speeding up the adsorption / desorption of the wafer W. It is.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a wafer heating apparatus has the following unsolved problems. Various members such as the elastically pressed power supply terminal, the control thermocouple, the gas injection port for supplying the cooling gas, and the pin guide that penetrates the lift pin are attached to the multilayer structure portion. As the wafer size is increased, the required number of the power supply terminals and control thermocouples has been greatly increased because the wafer heating apparatus that requires high-precision soaking performance has also been increased in size. As a result, the force that is elastically pressed is also greatly increased, and a situation has occurred in which the multilayer structure portion to which these members are attached is greatly deformed.
[0011]
In addition, due to the deformation of the multilayer structure portion, the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the heat equalizing plate vary in the force that presses the power supply terminal that is elastically pressed and the thermocouple for control, and the power supply terminal portion Then, when a contact failure occurs and the contact resistance increases, there is a problem that the power supply terminal portion sparks and continuity cannot be obtained if the contact resistance is repeatedly applied in the state of contact failure.
[0012]
In addition, since the contact state of the thermocouple to be pressed is unstable in the control thermocouple portion, temperature drift occurs even in a steady state where the heat equalizing plate is maintained at a constant temperature, and precise temperature control cannot be performed. There was a problem.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a soaking plate having one main surface of a disk-shaped ceramic as a wafer mounting surface and a heating resistor provided on the other main surface or inside, and a metal made to support the periphery of the soaking plate. In a wafer heating apparatus comprising a plurality of supports, a conduction terminal and / or the soaking plate for supplying power to the heating resistor to a multilayer structure comprising a plurality of support plates installed inside the support The temperature detection element for controlling the temperature of the support plate is fixed, and a plurality of support plates constituting the multilayer structure portion are arranged within a concentric circle having a diameter of 80% of the support plate. ~ 4 pieces Equipped with a deformation prevention member The deformation preventing member is formed of a cylindrical body, and lift pins for raising and lowering the wafer are inserted into the through holes. It is characterized by that.
[0016]
Further, the multilayer structure portion is composed of at least two layers of support plates, of which the support plate installed closest to the soaking plate has a thickness of 1 to 4 mm and an aperture ratio of 5 to 70%. The thickness of the support plate installed facing this is 2-7 mm, and it has the opening part from which an aperture ratio will be 5 to 40%, It is characterized by the above-mentioned.
[0017]
The disk-shaped ceramic is mainly composed of silicon carbide or aluminum nitride having a thickness of 2 to 7 mm.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer heating apparatus 1 according to the present invention. One main surface of a soaking plate 2 made of ceramics mainly composed of silicon carbide or aluminum nitride is placed on a mounting surface on which a wafer W is placed. 3 and a heating resistor 5 is formed on the other main surface through an insulating layer 4 made of glass or resin.
[0020]
The surface of the mounting surface 3 has a bottomed hole, and support pins 8 are inserted into the bottomed hole in order to keep the distance between the wafer W and the mounting surface 3 constant. Three or more support pins 8 are installed so as to support at least three or more points. Further, the tip of the support pin is processed into a spherical shape or a needle shape so as to be in point contact so that the wafer W receives heat transfer from the soaking plate 2 and is not partially heated.
[0021]
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.
[0022]
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 the conduction terminal 11 is pressed against the power feeding portion 6 by a pressing spring 21 to be in contact with the power feeding portion 6. Has been.
[0023]
Further, the bolt 16 is passed through the outer periphery of the heat equalizing plate 2 and the support 7, and the heat insulating portion 17 is interposed so that the heat equalizing plate 2 and the support 7 do not directly contact each other, and the elastic body 18 from the support 7 side. The nut 20 is screwed through the washer 19 so as to be elastically fixed. As a result, even if the support 7 is deformed when the temperature of the soaking plate 2 fluctuates, it is absorbed by the elastic body 19, thereby suppressing the warping of the soaking plate 2 and soaking on the wafer surface. It becomes possible to prevent the occurrence of temperature variations due to the warp of the hot plate 2.
[0024]
The metal support 7 has a multilayer structure portion 10 composed of a plurality of

support plates

10 a and 10 b inside, and the soaking plate 2 is installed so as to cover the upper portion facing the multilayer structure portion 10. . In addition, the multilayer structure 10 is provided with a gas injection port 12 for cooling the soaking plate 2 and an opening 14 for discharging the cooling gas.
[0025]
A plurality of thermocouples 9 for measuring and controlling the temperature of the soaking plate 2 and a conduction terminal 11 for feeding power to the heating resistor 5 are installed on the support plate 10 a facing the soaking plate 2. These are fixed to press elastically.
[0026]
A deformation preventing member 13 for preventing deformation of the multi-layer structure 10 caused by elastically pressing and fixing between the multi-layer structures 10 is installed on the outer periphery of the multi-layer structure 10 to fix the multi-layer structure 10. A support column 15 is installed.
[0027]
Furthermore, it is desirable that the multilayer structure portion 10 is composed of a plurality of layers, and the support plate 10a closest to the soaking plate 2 of the multi-layer structure portion 10 is installed at a distance of 5 to 15 mm from the soaking plate 2. This is because heat equalization is facilitated by the radiant heat between the heat equalizing plate 2 and the multilayer structure 10 and, at the same time, there is a heat insulating effect with other layers, so that the time until the heat equalizing is shortened.
[0028]
The deformation preventing member 13 includes at least three or more substantially concentric circles within a concentric circle having a diameter of 80% of the support plate 10a having the multilayer structure portion 10, and is clamped between the multilayer structure portions 10. It is preferable that it is fixed.
[0029]
The reason why the position of the deformation preventing member 13 is within the range of a concentric circle having a diameter of 80% of the support plate 10a is that, for example, when there is only one deformation preventing member 13 at the center, a multilayer structure near the center This is because only the portion 10 can partially obtain the deformation preventing effect, and the problem due to the deformation described above remains between the central portion and the outer peripheral portion. In the case of two, the line direction connecting the deformation preventing members 13 has an effect of preventing the deformation of the multilayer structure 10, but a direction perpendicular to the line direction cannot obtain a sufficient effect, and there is no deformation preventing member 13. The above-mentioned problem occurs in the part. When the space between the multilayer structure portions 10 is fixed only outside, the multilayer structure portion 10 is deformed by the spring force of the conduction terminal 11 and the thermocouple 9 that are pressed and fixed by the elastic body, and the inside of the heat equalizing plate 2 There may be variations in the force that presses the conductive terminal 11 and the control thermocouple 9 that are elastically pressed between the peripheral portion and the outer peripheral portion, and the conductive terminal 11 may cause poor contact and increase contact resistance. . Further, when the current is repeatedly supplied in such a poor contact state, the contact portion of the conduction terminal 11 with the power supply unit 6 sparks and conduction is obtained. Without Because it becomes.
[0030]
Further, since the contact state of the thermocouple 9 to be pressed is unstable in the control thermocouple 9, temperature drift occurs even in a steady state in which the heat equalizing plate 2 is kept at a constant temperature, and a precise temperature Because it becomes impossible to control.
[0031]
The temperature drift means that the temperature of the soaking plate 2 is kept constant when the temperature detected by the thermocouple 9 for control is stored in a recorder while the temperature of the soaking plate 2 is kept at a certain constant temperature. Regardless of the phenomenon, the temperature detected by the thermocouple changes. The cause of such temperature drift may be due to the contact state of the thermocouple 9 or the measurement environment. However, in the case where the wafer is heated and held in a substantially sealed state such as the wafer heating device 1, the contact of the thermocouple 9 is possible. The change in state is considered to be the main cause.
[0032]
Further, it was newly found from the test results that the multi-layer structure portion 10 deformed in such a way has an influence on the soaking plate 2. In such a wafer heating apparatus 1, the soaking plate 2 itself is designed to be as thin as possible in order to increase the heating / cooling speed. In such a case, the soaking plate 2 that is elastically pressed causes a deformation of several hundred microns in a convex shape in the direction of the mounting surface 3 of the wafer W due to its spring force. In order to prevent such deformation of the soaking plate 2 itself, the spring force set value is changed in advance depending on the mounting position. However, if the multilayer structure portion 10 has a biased deformation, the desired effect is obtained. Is not obtained, and uneven deformation is also generated in the soaking plate 2. The deformation of the soaking plate 2 causes a temperature variation during heating because the distance between the wafer W and the mounting surface 3 partially changes.
[0033]
With respect to this temperature drift, the temperature drift with respect to the initial temperature when the heating resistor 5 is energized to heat and cool to 250 ° C. and cooled for 10 cycles may be within 0.4 ° C. preferable. More preferably, the temperature is within 0.2 ° C. Those in which such temperature drift occurs tend to further increase the temperature drift as the number of thermal cycles is increased. When such a temperature drift occurs, the temperature is controlled based on the instructed temperature even though the actual temperature cannot be measured at the measurement point, so the temperature of the wafer W becomes non-uniform. End up. In the case where the multilayer structure 10 as described above exhibits a deformed deformation, a temperature drift exceeding 0.4 ° C. occurs when heat treatment is applied. On the other hand, for example, as shown in claim 1 of the present invention, electric power is supplied to the heating resistor 5 to the multilayer structure portion 10 composed of a plurality of

support plates

10a and 10b installed inside the support body 7. The temperature detecting element 9 for controlling the temperature of the conduction terminal 11 and / or the soaking plate 2 is fixed, and the diameter of the support plate 7 is 80% between the plurality of support plates 7 constituting the multilayer structure 10. By providing three or more deformation preventing members 13 in a range within a concentric circle having a temperature, the temperature drift can be made 0.4 ° C. or less. From such a viewpoint, the presence or absence of this temperature drift can also be used as a performance evaluation method of the wafer heating apparatus 1.
[0034]
Further, it is preferable that the deformation preventing members 13 are arranged at substantially equal intervals on at least one substantially concentric circle.
[0035]
Further, the wafer heating apparatus 1 of the type in which the heating resistor 5 as shown in FIG. 1 is formed on the surface of the soaking plate 2 has been described so far, but the heating resistor 5 is built in the soaking plate 2. It doesn't matter.
[0036]
Referring to FIG. 2 as an example, in the case of using a soaking plate 2 whose main component is made of aluminum nitride, for example, as a material of the heating resistor 5, first, tungsten or tungsten carbide is used from the viewpoint of a material that can be simultaneously sintered with aluminum nitride. Is used. The soaking plate 2 is formed into a disk shape after sufficiently mixing raw materials containing aluminum nitride as a main component and appropriately containing a sintering aid, and a paste made of tungsten or tungsten carbide is formed on the surface of the heating resistor 5 in the pattern shape. It is formed by a method such as screen printing, and another aluminum nitride molded body is stacked and adhered thereon, and then integrally sintered at a temperature of 1900 to 2100 ° C. in nitrogen gas. Conduction from the heating resistor may be performed by forming a through hole 22 in an aluminum nitride base material, embedding a paste made of tungsten or tungsten carbide and then sintering it, and pulling out the electrode on the surface. In addition, 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 gold or silver on the through hole 22 and bakes it at 900 to 1000 ° C. Oxidation of the resistance heating element 5 can be prevented.
[0037]
As another embodiment, in FIG. 3, the soaking plate 2 is provided with a through hole 24 through which a lift pin 23 for raising and lowering the wafer W when the wafer W is replaced or the set temperature is changed. The wafer heating apparatus 1 is shown in which the prevention member 13 has a cylindrical shape, and lift pins 23 are inserted through the hollow portion. When such lift pins 23 are inserted into the soaking plate 2 and used, a guide 25 for the lift pins 23 is provided between the multilayer structure 10 and the soaking plate 2. The guide 25 must be provided in close contact with the mounting surface 3 so that the cooling gas injected from the gas injection ports 12 fixed to the multilayer structure 10 does not leak onto the mounting surface 3.
[0038]
In such a wafer heating apparatus 1, the deformation preventing member 13 can prevent various problems related to the conduction terminal 11 and the control thermocouple 9 due to deformation of the multilayer structure portion 10, and cools the soaking plate 2. Therefore, the cooling gas injected from the gas injection port 12 does not leak into the processing chamber 27 for processing the wafer W from the through hole 24 for raising and lowering the lift pins 23, and the opening provided in the multilayer structure unit 10. 14 is discharged to the outside of the processing chamber 27, so that the film formed on the wafer W to be dried and baked in the processing chamber is not affected.
[0039]
Further, since the deformation preventing member 13 is also used as a guide for the lift pins 23, the space in the multilayer structure 10 can be used effectively and the number of parts can be reduced. In such a wafer heating apparatus 1, in order to perform highly accurate temperature control, it is preferable to reduce the size of parts close to the soaking plate 2 as small as possible. The reason is that if a large part is placed close to the soaking plate 2, the heat is stored in the part itself and the temperature distribution of the soaking plate 2 is affected, or the cooling time is not cooled at the time of cooling and the cooling time is delayed. is there. For this reason, the deformation preventing member 13 is preferably used also as a guide. Further, the mounting positions may be designed so that they can be installed at equal intervals in an arrangement that does not interfere with the mounting positions of the conduction terminal 11, the thermocouple 9, and the gas injection port 12.
[0040]
FIG. 4 shows a detailed view when the deformation preventing member 13 and the guide 25 are integrated. The deformation preventing member 13 is fixed between the multilayer structure portions 10 with screws 26 for the purpose of preventing deformation. The deformation preventing member 13 is a cylindrical body in which a guide 25 is integrated, and a lift pin 23 is inserted into a hollow portion. The guide 25 of the deformation preventing member 13 is fixed with a screw 26 through a through-hole provided in advance in the multilayer structure portion 10 a facing the soaking plate 2. The length of the guide 25 of the deformation preventing member 13 is set so that the heat equalizing plate 2 and the guide 25 are substantially in close contact with each other.
[0041]
The deformation preventing member 13 shown in FIG. 4 shows an example of the embodiment. The deformation preventing member 13 is not limited to an integrally molded material as long as it has a deformation preventing effect and a guide function. Also, various shapes such as a cylindrical shape, a cylindrical shape, and a hollow I shape may be used.
[0042]
Moreover, it is preferable that the thickness of the support plate 10a installed in the layer of the multilayer structure part 10 closest to the soaking plate 2 is 1 to 4 mm. If it is less than 1 mm, even if the deformation preventing member 13 is installed, the spring force generated when the conductive terminal 11 and the control thermocouple 9 installed on the support plate 10a are pressed and fixed is used. The multilayer structure 10 around each part is partially deformed. If the deformation preventing member 13 can be attached indefinitely, the deformation of the multilayer structure 10 can be prevented, but in reality, due to the problem of the installation space and cost, and the effect of the heat storage effect due to the heat capacity of the deformation preventing member 13 itself. It is not realistic to install an infinite number of times because the soaking performance decreases.
[0043]
Further, if the thickness of the support plate 10a is 4 mm or more, the radiant heat from the heat equalizing plate 2 is stored. For example, even if the cooling gas is injected from the gas injection port 12 for a certain period of time, the heat is then re-heated by heat dissipation from the support plate 10a. The board 2 is warmed. In such a case, the cooling time must be set to be long so that the support plate 10a is cooled to a temperature that does not affect the soaking plate 2, and a sufficient function can be obtained because it hinders efficient temperature setting changes. Absent. Therefore, it is preferable to design the support plate 10a as thin as possible within a range where no problem occurs.
[0044]
Furthermore, it is preferable that the thickness of the support plate 10b installed facing the support plate 10a provided on the soaking plate 2 side is 2 to 7 mm. The support plate 10 b serves as a base surface when the support plate 10 a installed on the heat equalizing plate 2 side is fixed using the deformation preventing member 13. Therefore, if it becomes thinner than 2 mm, the support plate 10b is deformed in such a manner that it is pulled toward the support plate 10a, which is not preferable.
[0045]
Further, when the thickness of the support plate 10b is more than 7.0 mm, the function as a base surface can be sufficiently obtained, but it is not preferable because the space for mounting each component in the wafer heating apparatus 1 is eliminated. If a sufficient mounting space is obtained, the wafer heating apparatus 1 is increased in size and the weight of the wafer heating apparatus 1 is increased, resulting in a problem in that workability is deteriorated when the wafer heating apparatus 1 is incorporated in a semiconductor manufacturing apparatus. End up. As described above, the thickness of the support plate 10b is preferably set to be thicker than the support plate 10a in order to sufficiently exhibit the function as a base surface when the support plate 10a is fixed using the deformation preventing member 13. .
[0046]
The material of the multilayer structure 10 is preferably an oxidation-resistant metal or ceramic from the viewpoint of thermal characteristics. This is because deformation due to the heating temperature of the wafer heating apparatus 1 can be suppressed, and there is no problem such as generation of particles without discoloration or alteration due to oxidation.
[0047]
However, since the ceramic multilayer structure 10 is produced at a very high cost in comparison with that of metal processing in molding, firing, drilling, screw processing, etc., it is substantially an oxidation-resistant metal. It is preferable to manufacture with a material from the viewpoint of reducing the product cost.
[0048]
Specifically, the oxidation-resistant metal material having excellent thermal characteristics includes oxidation-resistant metals such as stainless steel (Fe—Ni—Cr alloy) and nickel (Ni), general steel (Fe), and titanium (Ti). It is a metal material that has been subjected to oxidation resistance by superimposing nickel plating or gold plating on the nickel plating.
[0049]
Further, in order to discharge the cooling gas injected from the gas injection port 12 to cool the soaking plate 2 to the outside of the processing chamber, the support plate 10b has an opening ratio of 5 to 40% of its area. An opening 14 is formed in the opening. If the area of the opening 14 is less than 5%, the gas injected from the gas injection port 12 and the gas to be discharged are mixed in the volume of the support 7 and the cooling efficiency is lowered. If the area of the opening 14 exceeds 40%, the space for holding the conduction terminal 11 and the gas injection port 12 is insufficient and the strength is insufficient, and the pressing force of the conduction terminal 11 on the electrode pad 6 is stabilized. Therefore, the contact state becomes worse and the durability during intermittent use becomes worse.
[0050]
Thus, by providing the opening 14 in the multilayer structure 10, the cooling gas injected from the gas injection port 12 receives the heat of the surface of the soaking plate 2 during cooling and stays in the support 11. Since the surface of the soaking plate 2 can be efficiently cooled with new cooling gas that is sequentially discharged from the opening 14 to the outside of the layer and injected from the gas injection port 12, the cooling time can be shortened.
[0051]
Furthermore, since the soaking plate 2 is formed of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body, even when heat is applied, deformation is small and the plate thickness can be reduced. It is possible to shorten the heating time until the cooling and the cooling time until cooling to a room temperature from the predetermined processing temperature, and it is possible to increase productivity, ( 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.
[0052]
At this time, the thickness of the soaking plate 2 is preferably 2 to 7 mm. When the thickness of the soaking plate 2 is less than 2 mm, the strength of the soaking plate 2 is weakened, and when the cooling fluid is blown from the gas injection port 12 during heating due to the heat generated by the heating resistor 5, the thermal stress during cooling. And the crack is generated in the soaking plate 2. On the other hand, if the thickness of the soaking plate 2 exceeds 7 mm, the heat capacity of the soaking plate 2 becomes large, so that it takes a long time to stabilize the temperature during heating and cooling, which is not preferable.
[0053]
As for the method of feeding power to the heating resistor 5, the connection is ensured by pressing the conducting terminal 11 with a spring against the feeding portion 6 formed on the surface of the soaking plate 2 with the conducting terminal 11 installed on the support 7. Supply power. This is because when the terminal portion made of metal is embedded in the soaking plate 2 having a thickness of 2 to 7 mm, the soaking property is deteriorated due to the heat capacity of the terminal portion. Therefore, as in the present invention, by pressing the conductive terminal 11 with a spring to ensure electrical connection, the thermal stress due to the temperature difference between the soaking plate 2 and its support 7 is alleviated, and high reliability is achieved. Can maintain electrical continuity. Further, an elastic conductor may be inserted as an intermediate layer in order to prevent the contact from becoming a point contact. This intermediate layer is effective by simply inserting a foil-like sheet. And it is preferable that the diameter by the side of the electric power feeding part 6 of the conduction terminal 11 shall be 1.5-4 mm.
[0054]
The temperature of the soaking plate 2 is measured by a control thermocouple 9 whose tip is embedded in the soaking plate 2. As the thermocouple 9, it is preferable to use a sheath type thermocouple 9 having an outer diameter of 1.0 mm or less from the viewpoint of the responsiveness and workability of holding. As shown in FIG. 5, the tip of the thermocouple 9 is installed substantially parallel to the bottom surface of the hole formed in the soaking plate 2 and is attached to the fixed shaft 31 via a cylindrical metal body 29. The sleeve 32, the spring material 28, and the washer 33 are screwed to the multilayer structure portion 10 with a fixing plate 30. In this way, it is preferable to press and fix the spring material 28 in order to improve the reliability of temperature measurement. In addition, the attachment structure of the thermocouple 9 shown here is an example and is not this limitation.
[0055]
Furthermore, when used as a wafer heating apparatus 1 for forming a resist film, if the main component of the soaking plate 2 is made of silicon carbide, it does not react with moisture in the atmosphere and does not generate gas. Even if the resist film is used for application to the top, fine wirings can be formed at high density without adversely affecting the structure of the resist film. At this time, it is necessary that the sintering aid does not contain nitrides that may react with water to form ammonia or amines.
[0056]
The silicon carbide-based sintered body forming the soaking plate 2 may contain boron (B) and carbon (C) as sintering aids or silicon (Al) as the main component silicon carbide. ₂ O _Three ) Yttria (Y ₂ O _Three It is obtained by adding a metal oxide such as), mixing well, processing into a flat plate, and firing at 1900-2100 ° C. Silicon carbide may be either mainly α-type or β-type.
[0057]
Further, the aluminum nitride sintered body forming the soaking plate 2 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.
[0058]
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.
[0059]
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 having semiconductivity and the heating resistor 5. When glass is used, 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 400 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 to 400 μm, and desirably in the range of 200 μm to 350 μm.
[0060]
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.
[0061]
The glass forming the insulating layer 4 may be crystalline or amorphous, and has a heat expansion coefficient of 200 ° C. or higher and a thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C. to 200 ° C. -5 to +5 x 10 for the thermal expansion coefficient of the ceramics ^-7 It is preferable to select and use one in the range of / ° C. That is, if a glass whose thermal expansion coefficient is out of the above range is used, the difference in thermal expansion from the ceramic forming the soaking plate 2 becomes too large, so that there are defects such as cracks and peeling during cooling after baking the glass. It is because it is easy to occur.
[0062]
As a means for depositing the insulating layer 4 made of glass on the soaking plate 2, an appropriate amount of the glass paste is dropped on the center of the soaking plate 2 and stretched by a spin coating method to be uniformly applied, Or after applying uniformly by a screen printing method, a dipping method, a spray coating method or the like, the glass paste may be baked at a temperature of 600 ° C. or higher. When glass is used as the insulating layer 4, the soaking plate 2 made of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body is heated to a temperature of about 850 to 1300 ° C. in advance, and the insulating layer 4 is deposited. By oxidizing the surface, the adhesion with the insulating layer 4 made of glass can be enhanced.
[0063]
Furthermore, as a material for the heating resistor 5 to be deposited on the insulating layer 4, a simple metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd), etc. is deposited by vapor deposition or plating. Direct deposition, or the metal alone or rhenium oxide (Re ₂ O _Three ), Lanthanum manganate (LaMnO) _Three ) And other conductive metal oxides or a paste in which the above metal material is dispersed in a resin paste or glass paste, printed in a predetermined pattern shape by screen printing or the like, and baked to obtain the conductive material. What is necessary is just to combine with the matrix which consists 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.
[0064]
However, migration occurs when silver (Ag) or copper (Cu) is used for the heating resistor 5 material. fear Therefore, in such a case, a coat layer made of the same material as the insulating layer 4 may be coated with a thickness of about 40 to 400 μm so as to cover the heating resistor 5.
[0065]
EXAMPLES Example 1
Thermal conductivity is 80W / ( m ・ K ) A plurality of soaking plates 2 having a plate thickness of 3.5 mm and an outer diameter of 320 mm are manufactured, and an insulating layer 4 is formed on one main surface of each soaking plate 2. After printing a glass paste prepared by kneading a binder composed of ethyl cellulose and terpineol as an organic solvent into glass powder by a screen printing method, after heating to 150 ° C. and drying 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 obtain an insulating layer 4 made of glass having a thickness of 200 μm.
[0066]
Next, in order to deposit the heating resistor 5 on the insulating layer 4, a conductive paste prepared by kneading Au paste and Pd powder as conductive materials and a glass paste added with a binder having the same composition as described above is screen-printed. After printing in a predetermined pattern shape by the method, the organic solvent is dried by heating to 150 ° C., and after degreasing at 550 ° C. for 30 minutes, baking is performed at a temperature of 700 to 900 ° C. A heating resistor 5 having a thickness of 50 μm was formed. The heating resistor 5 has a five-pattern configuration (5b to 5e) in which the central portion 5a and the outer peripheral portion are divided into four in the circumferential direction as shown in FIG. After that, the heating resistor 5 was provided with the power feeding portion 6 and the conduction terminal 11 was pressed and fixed, whereby the heat equalizing plate 2 was manufactured.
[0067]
Further, a multi-layer structure portion 10 composed of a support plate 10a made of SUS304 having a thickness of 2 mm and a support plate 10b having a thickness of 3 mm is formed in the support body 7, and based on various evaluation levels between the

multi-layer structure portions

10a and 10b. The deformation preventing member 13 arranged in the number and position, the five thermocouples 9 for controlling each pattern of the divided heating resistor 5, and the ten conduction terminals 11 for conducting to the power feeding unit 6 are predetermined. A wafer heating apparatus for evaluation was prepared. Of the two multilayer structures 10, the distance from the uppermost multilayer structure 10a to the soaking plate 2 was 8 mm, and the distance from the lower multilayer structure 10b to the upper multilayer structure 10a was 12 mm.
[0068]
Thereafter, the soaking plate 2 is overlaid on the support 7, the bolts 16 are passed through the outer periphery thereof, and the heat insulating plate 17 is interposed so that the soaking plate 2 and the support 7 do not directly contact each other. The wafer heating apparatus 1 was obtained by elastically fixing the nut 20 by screwing the elastic body 18 and the washer 19 from the body 7 side.
[0069]
The positions of the deformation preventing members 13 are provided at substantially equal intervals within a range of 50% to 90% of the center portion and the soaking plate 2 diameter, and the deformation preventing members 13 are provided for comparison. Prepared something not.
[0070]
As an evaluation condition, the current history of energizing the power feeding unit 6 of each wafer heating apparatus 1 and raising the temperature to 250 ° C. in 5 minutes, and then injecting a cooling gas onto the soaking plate 2 and cooling to 50 ° C. in 5 minutes. A cycle test with 1 cycle was performed 2000 cycles.
[0071]
As an evaluation standard, among the five heat generating resistors 5a to 5e provided on the heat equalizing plate 2, the resistance change amount is 1% or less after 3000 cycles of the most resistance-change pattern, and the power supply unit 6 is subjected to the appearance inspection. In the case where no problems such as sparks occurred, OK was determined. The case where neither resistance change nor appearance defects such as sparks were found was rated as ◯, and the case where a defect occurred in either one was marked as x.
Each evaluation condition and result are as shown in Table 1.
[0072]
[Table 1]

[0073]
As can be seen from Table 1, first, No. 1 having no deformation preventing member 13 is used. In the wafer heating apparatus No. 1, the resistance change amount after the cycle evaluation from 250 ° C. to 50 ° C. was greatly changed to 3.22%. At this time, the pattern with the largest resistance change was the pattern 5a.
[0074]
Further, in the external appearance confirmation of the power feeding unit 6 after the cycle evaluation, the

power feeding units

6a and 6b in the central portion 5a among the five divided patterns and the power feeding unit 6 among the heating resistors in the divided outer peripheral portion are the soaking plates. It occurred in 6c and 6d provided in the part close to the center of 2. Furthermore, the most severely damaged power supply unit was the 6a power supply unit. Thus, when the deformation preventing member 13 is not provided, it can be said that the center portion is most susceptible to deformation.
[0075]
Next, No. 1 in which only one deformation preventing member 13 is installed at the center. 2, the resistance change amount after 3000 cycles was greatly changed to 2.18%, and in the appearance confirmation, the trace of the power feeding portion 6b turned black and sparked was recognized. It has been found that even if the deformation preventing member 13 is provided only in the center portion, deformation of the entire multilayer structure portion 10 cannot be prevented.
[0076]
In addition, the deformation prevention member 13 was installed in a line on a straight line at a position of 50% with respect to the diameter of the support plate 10a. In the wafer heating apparatus 3 as well, the resistance change amount after 3000 cycles in the heating resistor 5a was greatly changed to 2.37%. Further, when the spark trace was examined by the appearance confirmation, there was a trace of the spark in the power feeding portion 6b provided in the heating resistor 5a and the 6f, 6h power feeding portion 6b provided in the heating resistors 5c and 5e on the outer peripheral portion. .
[0077]
This is because, when there are two deformation preventing members, the line direction connecting the deformation preventing members 13 has an effect of preventing deformation of the multilayer structure portion 10, but a direction perpendicular to the line direction cannot obtain a sufficient effect, This is because the above-described problem occurs in a portion where the prevention member 13 is not provided.
[0078]
Further, in the case where the deformation preventing member 13 is installed at a position of 90% with respect to the diameter of the support plate 10a, the resistance change amount after 3000 cycles in the pattern of 5a is greatly changed to 1.26%. As a result of examining the appearance of the spark in the external appearance confirmation, there was a trace of the spark in the power feeding section 6a. This is because the deformation preventing member 13 is close to the outer periphery, so that the performance cannot be fully exhibited, and as a result, the deformation preventing member 13 is not installed, and as a result, the power feeding unit 6a close to the center is not provided. Caused a problem.
[0079]
On the other hand, No. 3 provided with three or more deformation preventing members 13 within a range of 80% or less of the diameter of the soaking plate 2. 4-7, no. In Nos. 9 to 12, the resistance change after the cycle evaluation was all within 0.6%, which was much lower than 1% of the criterion. Even in the external appearance confirmation of the power feeding part after the cycle evaluation, there were no discoloration or sparks which were a problem, and good results were obtained.
[0080]
Example 2
The soaking plate 2 and the wafer heating apparatus 1 were manufactured by the same manufacturing method as in Example 1. As Example 2, as in Example 1, the deformation preventing member 13 is installed between the multilayer structure parts 10 at substantially equal intervals in the range of 50% to 90% concentric circles with respect to the central part and the soaking plate 2 diameter. And those without the deformation preventing member 13 were prepared for comparison.
Moreover, φ type 0.5 mm K-type sheathed thermocouples were installed as control thermocouples 9a to 9e on the respective heating resistors 5a to 5e divided into five as shown in FIG.
[0081]
As an evaluation condition, the power feeding unit 6 of each wafer heating apparatus 1 was energized so that the temperature variation on the surface of the wafer W when held at 250 ° C. was adjusted to ± 0.5 ° C. and held at 250 ° C. for 30 minutes. Then, 10 cycles of cooling with the cooling gas from the gas injection port 12 were performed, and the temperature drift at the time of holding the 250 ° C. in the 10th cycle was confirmed by the thermocouple 9 for each control. The cooling gas flow rate to the gas injection port 12 at that time was 60 L / Min.
[0082]
As the evaluation criteria, when the temperature drift width of the control thermocouple 9 at 250 ° C. is within 0.4 ° C. (± 0.2 ° C.), it is OK. It was. As a result, in all the thermocouples 9a to 9e for control, those having a temperature drift width within 0.4 ° C. were evaluated as “B”, and those having a temperature drift exceeding 0.4 ° C. even in one location were evaluated as “X”.
[0083]
Each evaluation condition / result is as shown in Table 2.
[0084]
[Table 2]

[0085]
As shown in Table 2, first, No. 1 having no deformation preventing member 13 is used. No. 1 wafer heating apparatus 1 showed a large temperature drift of 0.66 ° C. in the thermocouple 9a at the center when held at 250 ° C. A temperature drift exceeding 0.4 ° C. was confirmed in the thermocouple 9c at one location of the thermocouple installed on the heating resistor 5 on the outer peripheral portion divided at the same time. In addition, No. 1 provided with the deformation preventing member 13 only in the central portion. Even in the case of No. 2, a temperature drift exceeding 0.4 ° C. was confirmed in the thermocouple 9b at one location of the thermocouple installed on the heat generating resistor 5 on the outer peripheral portion divided when the temperature was maintained at 250 ° C.
[0086]
As in the case of the first embodiment described above, such a problem is that the deformation of the multilayer structure portion 10 increases as it approaches the central portion, and if only one central portion is provided, the entire deformation cannot be prevented. This can be said to have occurred.
[0087]
In addition, the deformation prevention member 13 was installed in a straight line at a position of 50% with respect to the diameter of the soaking plate 2. In the wafer heating apparatus 3 as well, the temperature drift of the thermocouple 9b was confirmed at two locations of the thermocouples installed on the heating resistor 5 at the outer peripheral portion divided. This is the same as in the case of the first embodiment, and when there are two deformation preventing members, the line direction connecting the deformation preventing members 13 has the effect of preventing the deformation of the multilayer structure portion 10, but the direction perpendicular to this line direction is sufficient. It can be said that the above-described problem occurs in a portion where the effect is not obtained and the deformation preventing member 13 is not provided.
[0088]
As described above, when the contact state of the thermocouple 9 pressed by the control thermocouple 9 is unstable, temperature drift occurs even in a steady state in which the soaking plate 2 is maintained at a constant temperature. Temperature control becomes impossible, which causes manufacturing problems.
[0089]
In comparison, No. 3 provided with three or more deformation preventing members 13 within a range of 80% or less of the diameter of the soaking plate 2. Nos. 4 to 12 are good because the temperature drift of the thermocouple 9b does not occur in all the locations of the thermocouples 9a to 9e installed at the central portion of the heating resistor 5 and the divided outer peripheral portion when the temperature is kept at 250 ° C. Results were obtained.
[0090]
In this way, in the wafer heating apparatus provided with the multilayer structure portion 10, at least one or more substantially concentric circles 3 are provided between the multilayer structure portions 10 within the range having the diameter of 80% of the soaking plate 2. In the wafer heating apparatus 1 provided with one or more columnar deformation prevention members 13 and fastened and fixed between the multilayer structure portions 10, the multilayer structure portion 10 is greatly deformed compared to a case where the deformation prevention member 13 is not installed. Therefore, in the case where the contact of the power supply terminal 6 is caused by contact failure and the contact resistance is increased, the problem that the portion of the power supply terminal 6 is sparked and continuity cannot be obtained, or the contact state of the thermocouple 9 is unstable. Therefore, a good result was obtained that the problem that temperature lift occurred and precise temperature control could not be performed could be solved.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, even if the wafer heating apparatus having a deformation preventing member in the multilayer structure is enlarged and requires a high-precision soaking performance, the multilayer structure is greatly deformed. Such a problem can be prevented.
[0092]
In addition, due to the deformation of the multilayer structure portion, the inner and outer peripheral portions of the heat equalizing plate vary in the force that presses the power supply terminal and the control thermocouple that are elastically pressed, and the power supply terminal portion In this case, it is possible to prevent problems such as contact failure increasing due to contact failure or repeated contact energization with contact failure, preventing problems such as sparking at the power supply terminal and loss of continuity. It became.
[0093]
Furthermore, since the contact state of the thermocouple to be pressed is unstable in the control thermocouple portion, temperature drift occurs even in a steady state where the heat equalizing plate is maintained at a constant temperature, and precise temperature control cannot be performed. This has prevented problems such as precise temperature control.
[0094]
Thereby, in the semiconductor device manufacturing process, for example, a uniform resist film can be formed on the surface of the wafer W, a uniform semiconductor thin film can be formed, and a uniform etching process can be performed. was gotten.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of the present invention. D It is an expanded sectional view of the deformation preventing member vicinity in C heating apparatus.
FIG. D It is an expanded sectional view of the thermocouple installation part in C heating apparatus.
FIG. 6 is a plan view showing an example of a heating resistor in the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing 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: Support pin
9: Thermocouple
10: Multilayer structure
11 : Conduction terminal
12: Gas injection port
13: Deformation prevention member
14: Opening
15: Prop
16: Bolt
17: Heat insulation part
18: Elastic body
19: Washer
20: Nut
21: Pressing spring
22: Through hole
23: Lift pin
24: Through hole
25: Guide
26: Screw
27: Processing chamber
28: Spring material
29: Metal body
30: Fixed plate
31: Fixed shaft
32: Sleeve
33: Washer
34: Support section
35: Side wall
41: Wafer heating apparatus
42: Soaking plate
43: Placement surface
44: Seeds heater
45: Presser plate
46: Feeder
47: Support frame

Claims

A soaking plate having one main surface of the disk-shaped ceramic as a wafer mounting surface and a heating resistor provided on the other main surface or inside, and a metal support that supports the periphery of the soaking plate, In the wafer heating apparatus comprising: a conduction terminal for supplying power to the heating resistor and / or temperature control of the soaking plate to a multi-layered structure composed of a plurality of support plates installed inside the support. the temperature sensing element fixed to perform, with a plurality of supporting plates forming the multilayer structure, a range three to four deformation preventing member in concentric circles with a 80% of the diameter of the support plate Rutotomoni, A wafer heating apparatus, wherein the deformation preventing member is formed of a cylindrical body, and lift pins for raising and lowering the wafer are inserted into the through holes .

The multi-layered structure portion is composed of at least two layers of support plates, and the support plate installed on the most soaking plate side has a thickness of 1 to 4 mm and an opening portion with an opening ratio of 5 to 70%. and, it the thickness of the facing to the installed support plate is 2 to 7 mm, claim 1 Symbol placement of the wafer heating apparatus, characterized in that it has an opening, such as aperture ratio is 5-40% .

2. The wafer heating apparatus according to claim 1, wherein the disk-shaped ceramic has a thickness of 2 to 7 mm and contains silicon carbide or aluminum nitride as a main component.