JP3924509B2

JP3924509B2 - ウェハ加熱装置

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Publication number: JP3924509B2
Application number: JP2002222573A
Authority: JP
Inventors: 智田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004063944A

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際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板等のウェハ上に薄膜を形成したり、前記ウェハ上にレジスト液を塗布し乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成したりする際に好適なウェハ加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、半導体素子の配線の微細化に伴い、ウェハ熱処理温度の精度向上が必要となり、温度精度に優れた枚葉式の熱処理装置が広く使用されてきた。
【０００４】
例えば、半導体製造装置の製造工程におけるウェハへの加工において、導体膜や絶縁膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等には、ウェハを加熱するためにウェハ加熱装置が用いられている。
【０００５】
このようなウェハ加熱装置として、例えば特開２００２−５６９５４号公報には、図４に示すようなウェハ加熱装置が提案されている。
【０００６】
このウェハ加熱装置４１は、アルミニウム等からなる有底状のケース４４の開口部に、板状セラミックス体の一方の主面に発熱抵抗体４３を有し他方の主面にウェハを載せる載置面４７を備えた均熱板４２を固定してある。ウェハ加熱装置４１は、ケース４４の外周面に沿って支持部材４６に固定した構造となっていた。
【０００７】
また、このウェハ加熱装置４１は、支持部材４６の下部に設けられたリフトピン４５によりウェハＷを昇降させることにより、ウェハ加熱装置４１からウェハＷを脱着させるようになっていた。
【０００８】
ところで、このようなウェハ加熱装置４１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したりするためには、ウェハＷの温度分布を均一にすることが重要であった。また、多数のウェハＷを効率的に加熱できるようにするため、加熱冷却のタクトタイムを短くする必要があった。このため、均熱板４２を構成する板状セラミックス体として窒化アルミニウムや炭化珪素等の高熱伝導率で剛性の高いセラミックスを用いて加熱冷却を有利にし、また均熱性を改善するために、均熱板４２に形成される帯状の抵抗発熱体４３の抵抗分布を均一になるように調整したり、帯状抵抗発熱体４３を分割し分割した領域で温度分布を制御したりすることが行われていた。
【０００９】
しかし、いずれも非常に複雑な構造、制御が必要になるという課題があり、簡単な構造で温度分布を均一に加熱できるようなウェハ加熱装置が求められていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ウェハＷを載置する均熱板４２は、ウェハＷの温度分布を均一にするように載置面４７の反りと平面度を調整している。この理由は、均熱板４２に反り等が生じるとウェハＷと載置面４７の間隔が変化しウェハＷの表面の温度差が生じるからである。ウェハＷ表面の温度差が生じると例えばウェハＷのレジスト液を乾燥硬化させる場合、硬化状態が不均一となりレジスト膜が均一とならない虞があった。
【００１１】
しかしながら、従来の均熱板４２をケース４４に設置した状態で上記反りと平面度を保持した状態で、ケース４４を支持部材４６に固定する際、ケース４４が支持部材４６の設置面に倣うように固定されるので、支持部材４６の設置面の反りや平面度の影響を受けて、均熱板４２を構成する板状セラミックス体２００の平面度が変化し、板状セラミックス体２００の他方の主面である載置面４７に設置されたウェハＷの温度分布がばらついてしまうという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ケース４４に設置した均熱板４２を支持部材４６等に固定したとしても均熱板４２の載置面４７の温度均一性に優れ、ウェハＷの温度分布のバラツキがないウェハ加熱装置を提案することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のウェハ加熱装置は、板状セラミックス体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハ加熱面を備えた均熱板と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を囲むように均熱板と接続したケースと、該ケースを固定する支持部材と、前記ケースの外周面と支持部材の間に前記ケースの変形を防止するための応力吸収部材を備え、前記ケースは金属からなるとともに、固定された前記均熱板に対して略垂直な側面および略平行な底面を有する有底筒状に形成し、かつ、前記応力吸収部材がバネ材から成り、該バネ材のバネ定数を２〜１５Ｎ／ｍｍとしたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１〜３を用いて説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置１の一例を示す断面図であり、主に、均熱板２、ケース１９、支持部材２５とから形成されている。
【００１７】
均熱板２は，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板状セラミックス体２００の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５を形成したものである。
【００１８】
板状セラミックス体２００の厚みは、２〜５ｍｍとすることが好ましい。板状セラミックス体２００の厚みが２ｍｍより薄いと、板状セラミックス体２００の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ガス噴射口１２から冷却エアーを吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、板状セラミックス体２００にクラックが発生する。また、板状セラミックス体２００の厚みが５ｍｍを越えると、板状セラミックス体２００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。
【００１９】
また逆に、板状セラミックス体２００の厚みが小さく熱容量を小さくすると、有底のケース１９からの熱引きにより均熱板２の温度分布が悪くなる。そこで、有底のケース１９の開口部に均熱板２を設けることでケース１９から均熱板２をできる限り遠ざけてケース１９の外周部で保持される構造としている。
【００２０】
なお、板状セラミックス体２００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。
【００２１】
また、板状セラミックス体２００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。
【００２２】
さらに、板状セラミックス体２００の載置面３と反対側の主面には、ガラスや樹脂からなる絶縁層（不図示、以下同じ）が形成されており、この絶縁層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。
【００２３】
また、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス体２００として使用する場合、半導電性を有する板状セラミックス体２００と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層としては、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、板状セラミックス体２００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として機能しなくなる。その為、絶縁層としてガラスを用いる場合、その厚みは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。
【００２４】
一方、板状セラミックス体２００を、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体で形成する場合、板状セラミックス体２００に対する抵抗発熱体５の密着性を向上させるため、上述と同様にガラスからなる絶縁層を形成する。ただし、抵抗発熱体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。
【００２５】
この絶縁層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板状セラミックス体２００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、板状セラミックス体２００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くなるからである。
【００２６】
なお、ガラスからなる絶縁層を板状セラミックス体２００上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを板状セラミックス体２００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板状セラミックス体２００を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層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との密着性を高めることができる。
【００２７】
さらに、絶縁層上に被着する抵抗発熱体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。
【００２８】
ただし、抵抗発熱体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、抵抗発熱体５を覆うように絶縁層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。
【００２９】
抵抗発熱体５のパターン形状としては、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、抵抗発熱体５を複数のパターンに分割することも可能である。またパターンの線幅や粗密を調整し、加熱電力密度に分布をつけて均熱性を改善しても良い。
【００３０】
抵抗発熱体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、給電部６に給電端子１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロウ付け等の手法を用いてもよい。
【００３１】
また、これまで、抵抗発熱体５を板状セラミックス体２００の表面に形成するタイプのウェハ加熱装置１について説明してきたが、抵抗発熱体５は、板状セラミックス体２００に埋設されていても構わない。
【００３２】
例えば主成分が窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体２００を用いる場合、まず、抵抗発熱体５の材料としては窒化アルミニウムと同時焼成できる材料という観点から、ＷもしくはＷＣを用いる。板状セラミックス体２００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成形し、その表面にＷもしくはＷＣからなるペーストを抵抗発熱体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抵抗発熱体５が埋設された板状セラミックス体２００を得ることが出来る。
【００３３】
また、抵抗発熱体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。
【００３４】
ケース１９は主に金属で形成されているが、これに限定されるものではなく、樹脂等で形成しても良い。尚、金属で形成する場合、アルミニウム、ＳＵＳ、超鋼等を用いることができる。また、ケース１９は、側面２２と底面２３を有し、板状セラミックス体２００は、その抵抗発熱体５が形成された面を覆うように有底のケース１９に固定設置してある。また、有底のケース１９には冷却ガスを排出するための孔２４が施されており、板状セラミックス体２００の抵抗発熱体５に給電するための給電部６に導通するための給電端子１１，板状セラミックス体２００を冷却するためのガス噴射口１２、板状セラミックス体２００の温度を測定するための測温素子１０を設置してある。
【００３５】
さらに、ケース１９を金属で形成する場合、材質によっても異なるが、一般的なＳＵＳの材質を用いる場合、ケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、ケース１９の底面２３は、均熱板２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。更に好ましくは２０〜３０ｍｍである。これは、均熱板２とケース１９との相互の輻射熱により載置面３の均熱化が容易となると同時に、外部との断熱効果があるので、載置面３の温度が一定で均熱となるまでの時間が短くなるためである。
【００３６】
また、均熱板２には少なくとも３箇所の貫通孔が設けられ、ウェハのリフトピン１４を上下させることにより、均熱板２へウェハを迅速に載置離脱がおこなえる。また、ウェハリフトピン１４が均熱板２へ直接接触しないようにガイド部材１５が設置されている。
【００３７】
支持部材２５は一体のリング状や分割された角形状に形成されており、材質としては炭素鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼等からなり、支持部材２５の内面、特に底面でウェハ加熱装置１を支えている。
【００３８】
本発明のウェハ加熱装置１は、図１に示すようにケース１９を支持部材４６に応力吸収部材１７を介して保持することを特徴とする。応力吸収部材１７としては、弾性を有する樹脂やゴムからなるものや、図２に示すようにコイル状や板状のバネ材を使用することが可能である。
【００３９】
たとえば、ケース１９を支持部材４６に固定する際に、ナット２０とボルト１６の締めつけトルクを、ケース１９が変形しない程度に調整し、中間支持部の微妙な反りや変形応力を応力吸収部材１７により吸収して、均熱板２が変形しないようにしている。
【００４０】
また、弾性を有する樹脂やゴム製の応力吸収部材１７の形状は、円柱状、角柱状であっても構わないし、中実であっても内部に空隙を有していても構わない。ケース１９が変形しない程度の締めつけトルクで、十分に変形できる程度の弾性を有しておれば良い。締めつけトルクとしては、２０〜２００ｃＮ・ｍ程度で使用することが可能である。
【００４１】
具体的には、樹脂としては、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ブチラール樹脂等を使用することができる。また、ゴムとしては、ポリブタジェンゴム、ブタジェンスチレンゴム、ブタジェンアクリロニトリルゴム、ポリクロロゴム、ポリイソプレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム等を使用することができる。また、バネ材としては、バネ鋼、ステンレス鋼、工具鋼、ステンレス鋼等からなるものを使用することが可能である。
【００４２】
前記応力吸収部材１７がないと、ケース１９と支持部材４６間の平行度不良があった場合、これにより、均熱板２が変形し、該均熱板２の載置面３に設置したウェハＷの温度分布が目標値以下にならなくなってしまう。
【００４３】
均熱板２の載置面３に載置したウェハＷの温度分布を±０．５℃以下というようなレベルまで小さくするためには、均熱板２の平行度を１００μｍ以下まで小さくする必要がある。ところが、上記支持部材４６には、溶接等の処理を施す部分が多数あり、これらの部品の平行度を全て小さくするのは非常に難しい。上記のような平行度不良を緩和するためには、本発明の応力吸収部材１７をケース１９と支持部材４６の間に形成することが好ましい。
【００４４】
そして、前記応力吸収部材１７を固定するネジ１６の締めつけトルクは、ケース１９に変形を生じない範囲に調整されており、かつその締めつけトルクによりそれぞれの部分で応力吸収部材１７が十分弾性変形しなければならない。また、応力吸収部材１７は、ケース１９の外周部をリング状の連続体として形成される必要はなく、図４に示すようにネジ１６の配置にしたがって複数用いても構わない。応力吸収部材１７を用いることにより、金属ケースを固定する支持部材４６の微妙な反りや変形を応力吸収部材１７の変形により吸収し、これらの反りや変形が均熱板２に影響することを有効に防止することが可能となる。
【００４５】
また、応力吸収部材１７は、図１に示すように、ケース１９と支持部材４６の間にひとつの面で形成されていても構わないし、図２に示すように両者の２つの面に跨るように形成しても構わない。また、図３に示すように、応力吸収部材１７としてバネ材を用いても構わない。
【００４６】
ケース１９は、固定された均熱板２に対して略垂直な側面および略平行な底面を有する有底筒状に形成するとともに、厚みが０．５〜５ｍｍのアルミニウム、ステンレスや鋼等の金属からなるケース１９は一般的に１〜１０ｋｇの重量であり剛性が大きいことから、これらの部材のケース１９を支持部材４６に固定した場合、応力吸収部材１７のバネ定数は１．０〜２０．０Ｎ／ｍｍであるとケース１９が変形することなくウェハＷ表面の温度を均一にすることができる。
【００４７】
バネ定数が１．０Ｎ／ｍｍを下回ると応力吸収部材１７の変位が大きくウェハ加熱装置１が振動しウェハＷ表面の温度にバラツキが発生する虞があった。また、バネ定数が２０．０Ｎ／ｍｍを越えると、ケース１９を応力吸収部材１７を介して支持部材４６に固定するとケース１９が変形しウェハＷ表面の温度差が大きくなる。
従って、応力吸収部材１７のバネ定数は１．０〜２０．０Ｎ／ｍｍがよく、更に好ましくは２〜１５Ｎ／ｍｍのものが用いられる。
【００４８】
図５に示すように、ケース１９と支持部材４６の間に中間支持部２１を設け、中間支持部２１とケース１９との間に応力吸収部材１７を設けるようにしても構わないし、さらに、中間支持部２１と支持部材４６との間にも応力吸収部材１７を設置するようにしても構わない。また、中間支持部２１に剛性がなく、ケース１９の変形に影響しない場合は、中間支持部２１と支持部材４６との間だけに応力吸収部材を設けても構わない。
【００４９】
ウェハ加熱装置１の他の構成としては、有底のケース１９内に昇降自在に設置されたウェハリフトピン１４により、ウェハＷを載置面３上に載せたり載置面３より持ち上げる作業がなされる。そして、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８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。
【００５０】
また、このウェハ加熱装置１によりウェハＷを加熱するには、搬送アーム（不図示）にて載置面３の上方まで運ばれたウェハＷをウェハリフトピン１４にて支持したあと、ウェハリフトピン１４を降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
【００５１】
さらに、均熱板２を構成する板状セラミックス体２００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場合、ヤング率が２００ＧＰａ以上と大きく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、板状セラミックス体２００は６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体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】
また、抵抗発熱体５への給電方法については、有底のケース１９に設置した給電端子１１を板状セラミックス体２００の表面に形成した給電部６にバネ（不図示）で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、２〜５ｍｍの厚みの板状セラミックス体２００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、給電端子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とそのケース１９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、給電端子１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００５３】
また、均熱板２の温度は、板状セラミックス体２００にその先端が埋め込まれた測温素子１０により測定する。測温素子１０としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対を使用することが好ましい。この測温素子１０の先端部は、板状セラミックス体２００に孔が形成され、この中に設置された固定部材により孔の内壁面に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。同様に素線の熱電対やＰｔ等の測温抵抗体を埋設して測温することも可能である。
【００５４】
【実施例】
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．0質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
【００５５】
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
【００５６】
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
【００５７】
そして、得られた窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
【００５８】
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間の焼成を行い板状セラミックス体２００を製作した。
【００５９】
そして、窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体２００に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数製作した。
【００６０】
次いで板状セラミックス体２００の上に抵抗発熱体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の抵抗発熱体５を形成した。抵抗発熱体５は直径方向に４分割しパターン配置は、中心部から１パターン、２パターン、４パターン、８パターンの計１５パターン構成とした。しかるのち抵抗発熱体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。
【００６１】
また、有底のケース１９は、直径３３０ｍｍで底面を構成する厚み２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口１２、測温素子１０、給電端子７を所定の位置に取り付けた。また、ケース１９の底面から均熱板２までの距離は２０ｍｍとした。その後、前記有底のケース１９の開口部に、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と有底のケース１９が直接当たらないように、ＳＵＳ３０４からなるリング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてネジ１６とナット２０を螺着し弾性的に固定した。
【００６２】
そして、このようにして上記各部品を設置したケース１９を標準となる評価装置の支持部材４６に応力吸収部材１７を介せずに載せ、均熱板２の載置面３に、外径が１２インチで外径の１／３の半径６等配に６本、外径の２／３の半径の１２等配に１２本の測温素子を取り付けた測温用ウェハを載せて、測温用ウェハの温度分布が±０．３℃以内となることをそれぞれ確認した。
【００６３】
また、均熱板２のケース１９を設置する支持部材４６の面の平坦度が５８μｍ、１２１μｍ、２５５μｍとなるものを準備し、応力吸収部材１７なしに前記支持部材４６に固定した場合、シリコンゴム製の厚み１０ｍｍの応力吸収部材１７を介して前記支持部材４６に固定した場合、ステンレス鋼からなるバネ材からなる応力吸収部材１７を介して前記支持部材４６に固定した場合の測温用ウェハの温度分布を測定した。
【００６４】
また、図４に示したように応力吸収機構１７を複数形成したものを作製して、平坦度が２５５μｍである支持部材４６にケース１９を組みつけたウェハ加熱装置を作製して、同様に測温用ウェハの温度分布を測定した。
【００６５】
さらに、図５に示したようにケース１９と支持部材４６との間に中間支持部２１を設け、ケース１９と中間支持部２１の間に応力吸収機構１７を設置し、平坦度が２５５μｍである支持部材４６に固定したウェハ加熱装置を作製して、同様に測温用ウェハの温度分布を測定した。
【００６６】
また、ネジ１６による締めつけトルクは、ケース１９が変形しないように１５０ｃＮ／ｍｍに固定して支持部材４６にケース１９を固定した。
【００６７】
結果を、表１に示した。
【００６８】
【表１】

【００６９】
表１から判るように、応力吸収部材１７を設置しなかったＮｏ．１、４、７のうち、支持部材４６の平坦度が１００μｍを越えるＮｏ．４、７は、温度分布が±１．０℃を越えて大きくなった。これに対し、シリコンゴムやバネ材ならなる応力吸収部材１７を設置したＮｏ．２，３、５、６、８、９は、温度分布が変化せず、良好な温度分布を示した。
【００７０】
また、応力吸収部材１７を分割したＮｏ．１０も、同様に良好な温度分布を示した。支持部材４６の反りや変形を応力吸収部材１７の変形で吸収しやすくなるので、このように、応力吸収部材１７を分割することは、有効である。
【００７１】
さらに、ケース１９と支持部材４６の間に中間支持部２１を形成し、ケース１９と中間支持部２１との間に応力吸収部材１７を設置したＮｏ．１１も、温度分布が変化せず、良好な温度分布を示した。
【００７２】
また、応力吸収部材１７のバネ定数を変えた試料Ｎｏ．１２〜１７から、バネ定数が１〜２０Ｎ／ｍｍの試料Ｎｏ．１３〜１６はウェハ表面の温度分布が±０．３℃と小さく好ましいことが分った。
【００７３】
しかし、バネ定数が０．５Ｎ／ｍｍの試料Ｎｏ．１２は温度分布が±０．６℃と大きかった。またバネ定数が３０Ｎ／ｍｍの試料Ｎｏ．１７はウェハの温度分布が±１．２℃と大きかった。
【００７４】
また、試料Ｎｏ．１４、１５から、更に好ましくはバネ定数２〜１５Ｎ／ｍｍであれば温度分布が±０．２℃と小さく好ましいことがわかる。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、ウェハ加熱面を備えた板状セラミックス体に抵抗発熱体が形成された均熱板と、該均熱板を固定するとともに前記均熱板の一方の主面を覆うケースと、該ケースの外周側を固定する支持部材とからなるウェハ加熱装置において、前記ケースと支持部材との間に前記ケースの変形応力を緩和させる応力吸収部材を備え、前記ケースは金属からなるとともに、固定された前記均熱板に対して略垂直な側面および略平行な底面を有する有底筒状に形成し、かつ、前記応力吸収部材がバネ材から成り、該バネ材のバネ定数を２〜１５Ｎ／ｍｍとしたことにより、金属ケースおよび板状セラミック体の変形を防止し、載置面に載置したウェハの温度差を小さくすることができる。
【００７７】
また、前記応力吸収部材は、前記支持部材もしくは中間支持部と、金属ケースとの間に複数して設置することが、支持部材の平坦度のバラツキを応力吸収部材で吸収し易くなるので好ましい。
【００７８】
このような応力吸収部材を用いることにより、金属ケースの変形を防止し、ウェハ加熱装置の載置面に載置したウェハの温度分布を小さくし、微細なパターンを有する半導体の製造に貢献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に使用する応力吸収部材周辺の構造を示す部分断面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置に使用する応力吸収部材周辺の構造を示す部分断面図である。
【図４】本発明のウェハ加熱装置に使用する応力吸収部材の設置例を示す平面図である。
【図５】本発明のウェハ加熱装置に使用する応力吸収部材周辺の構造を示す部分断面図である。
【図６】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１、４１：ウェハ加熱装置
２、４２：均熱板
２００：板状セラミックス体
３、４７：載置面
５、４３：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１０：測温素子
１１：給電端子
１２：ガス噴射口
１４、４５：リフトピン
１５：ガイド部材
１６：ボルト
１７：応力吸収部材
１８：弾性体
１９、４４：金属ケース
２０：ナット
２１：中間支持材
２２：側面
２３：底面
４６：支持部材
Ｗ：半導体ウェハ

Claims

ウェハ加熱面を備えた板状セラミックス体に抵抗発熱体が形成された均熱板と、該均熱板を固定するとともに前記均熱板の一方の主面を覆うケースと、該ケースの外周側を固定する支持部材とからなるウェハ加熱装置において、前記ケースと支持部材との間に前記ケースの変形応力を緩和させる応力吸収部材を備え、前記ケースは金属からなるとともに、固定された前記均熱板に対して略垂直な側面および略平行な底面を有する有底筒状に形成し、かつ、前記応力吸収部材がバネ材から成り、該バネ材のバネ定数を２〜１５Ｎ／ｍｍとしたことを特徴とするウェハ加熱装置。