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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際に好適なウェハ支持部材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)を加熱するためのウェハ支持部材が用いられている。
【0003】
従来の半導体製造装置は、複数のウェハを一括して加熱するバッチ式と、1枚ずつ加熱する枚様式とがあり、枚葉式には、温度制御性に優れているので、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴い、ウェハ支持部材が広く使用されている。
【0004】
このようなウェハ支持部材として、例えば特許文献1、特許文献2や特許文献3には、図7に示すようなウェハ支持部材が提案されている。
【0005】
このウェハ支持部材71は、板状セラミックス体72、金属ケース79、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状の金属ケース79の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状セラミックス体72を樹脂製の断熱性の接続部材74を介してボルト80で固定され、その上面をウェハWを載せる載置面73とするとともに、板状セラミックス体72の下面に、例えば図8に示すような同心円状の抵抗発熱体75を備えていた。
【0006】
さらに、抵抗発熱体75の端子部には、給電端子77がロウ付けされており、この給電端子77が金属ケース79の底部79aに形成されたリード線引出用の孔76に挿通されたリード線78と電気的に接続されていた。
【0007】
ところで、このようなウェハ支持部材71において、ウェハWの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、ウェハの温度分布を均一にすることが重要である。その為、これまでウェハの面内の温度差を小さくするため、載置面73にウェハW支持ピンを設け、ウェハWを載置面73から微小な距離浮かしたウェハ支持部材71が特許文献4に記載されている。
【0008】
特許文献5には、板状セラミックス体72の周縁にウェハを取り囲む壁を設け、該壁と当接する凸状部を設け、ウェハW周辺の温度低下を防ぐウェハ支持部材が開示されている。
【0009】
また、特許文献6には、図9に示すように、板状セラミックス体72の外縁部にウェハWと嵌合させるための突部を形成し、該突部の内側には、ウェハWと抵触する多数の凸状体が形成することで均一な温度分布を実現するウェハ支持部材が開示されている。
【0010】
また、特許文献7には板状セラミックス体の周辺にウェハWの位置決めを行うガイドピンを備えることで、ウェハWを均一な温度分布としたウェハ支持部材が開示されている。
【0011】
更に、特許文献8にはウェハWの支持ピンの高さが自由に調整することでウェハWの温度分布を調整できるウェハ支持部材が開示されている。また、支持ピンにガイドピンを嵌合させたウェハ支持部材が開示されている。
【0012】
しかし、いずれも非常に複雑で微妙な構造、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更に均一に加熱できるようなウェハ支持部材が求められていた。
【0013】
【特許文献1】
特開2001−203156号公報
【特許文献2】
特開2001−313249号公報
【特許文献3】
特開2002−76102号公報
【特許文献4】
特開平10−223642号公報
【特許文献5】
特開平10−229114号公報
【特許文献6】
特開2002−237375号公報
【特許文献7】
特開2002−184683号公報
【特許文献8】
特開2001−68407号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
近年生産効率の向上の為、ウェハサイズの大型化が進んでいるが、半導体素子自体も多様化し、必ずしも大判ウェハで製造することが生産効率の向上にはつながらず、ひとつの装置で、多種多様のウェハサイズや熱処理条件に対応可能な装置が望まれている。
【0015】
更に、半導体素子の配線微細化に伴い使用され始めた化学増幅型レジストにおいては、ウェハの温度の均一性は勿論のこと、ウェハを熱処理装置に載置した瞬間から離脱し熱処理を終了させるまでの過渡的な温度履歴も極めて重要となり、ウェハ載置直後から概ね60秒以内にウェハの温度が均一に安定することが望まれている。
【0016】
しかしながら、特許文献5や特許文献6に紹介されている装置では、板状セラミックス体の周辺部の肉厚が大きく熱容量が大きいことからウェハW面内の過渡温度が不均一で、ウェハの面内の温度差は0.4〜1.2℃と大きく、また、板状セラミックス体の外周の放熱の影響から温度が安定するまでの応答時間が大きくなる虞があった。
【0017】
また、特許文献8に記載のウェハ支持部材では、ウェハWの周辺部と中心部の温度差を調整することができない虞があり、しかも支持ピンの高さを微調整することは困難であり、調整できてもウェハ表面の温度差は1℃以上と大きなものであった。
【0018】
更に、何れのウェハ支持部材も、ウェハWを均一に加熱したり、ウェハWを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなる虞があった。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板状セラミックス体の一方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に3個以上の周辺凸部を設け、該周辺凸部の内側に高さの低い内側凸部を設けるとともに、上記内側凸部の上記載置面からの突出高さは0.05〜0.5mmであり、上記内側凸部は、上記載置面の中心から上記周辺凸部に内接する内接円の直径の0.5倍の範囲内に少なくとも1個、上記内接円の直径の0.5〜1倍の範囲内に少なくとも3個以上それぞれ同心円状に配置されていることを特徴とする。
【0020】
また、上記周辺凸部を構成する部材は上記載置面に形成した凹部に取り付けられたことを特徴とする。
【0021】
また、上記周辺凸部は円形のセラミックスからなり、該セラミックスの熱伝導率が20W/(m・K)以上であり上記板状セラミックス体の熱伝導率の2倍より小さいことを特徴とする。
【0022】
また、周辺凸部の一部は上記抵抗発熱体を囲む外接円の内部にあることを特徴とする。
【0024】
また、上記抵抗発熱体の上記外接円の直径Dが上記板状セラミックス体の直径DPの90〜99%であることを特徴とする。
【0025】
【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。
【0026】
図1(a)は本発明に係るウェハ支持部材1の1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板状セラミックス体2の一方の主面あるいは内部に複数の抵抗発熱体5を形成し、他方の主面をウェハWを載せる載置面3とするとともに、上記抵抗発熱体5に電気的に接続する給電部6を具備した均熱板7からなり、給電部6に給電端子11が接続している。これらの給電部6を囲む金属ケース19が接続部材17を介して板状セラミックス体2の他方の主面の周辺部に固定されている。
【0027】
また、ウェハリフトピン25は板状セラミックス体2を貫通する孔を通してウェハWを上下に移動させウェハWを載置面3に載せたり降ろしたりすることができる。そして、給電部6に給電端子11が接続し外部から電力が供給され、測温素子27で板状セラミックス体2の温度を測定しながらウェハWを加熱することができる。
【0028】
尚、抵抗発熱体5を複数のゾーンに分割する場合、それぞれのゾーンの温度を独立に制御することにより、各給電部6の給電端子11に電力を供給し、各測温素子27の温度が各設定値となるように給電端子11に加える電力を調整し、載置面3に載せたウェハWの表面温度が均一となるようにしている。
【0029】
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、該給電部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、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【0030】
ウェハWの載置面3に対応して円板状のウェハWの表面を均一に加熱するにはウェハW周辺の雰囲気やウェハWに対抗する壁面やガスの流れの影響を受けるが、円板状のウェハWの表面温度をばらつかせないために、ウェハWの周囲や上面の対抗面や雰囲気ガスの流れはウェハWに対し中心対称となるように設計されているからである。ウェハWを均一に加熱するにはウェハWに対し中心対称な上記環境に合わせたウェハ支持部材1が必要で、更に載置面3を中心対称に分割し抵抗発熱体ゾーンを形成することが好ましい。
【0031】
本発明のウェハ支持部材1は、図1(b)に示すように前記板状セラミックス体2の載置面の周辺部に3個以上の周辺凸部4を設け、前記周辺凸部の内側に該周辺凸部4より高さの低い内側凸部8を設けたことを特徴とする。
【0032】
ウェハWは不図示のアームから移送され板状セラミックス体2の載置面3に突出したウェハリフトピン25の上に載せられる。そしてウェハリフトピン25が降下し載置面3上の内側凸部8にウェハWは載せられる。ウェハWの面内温度差を小さくするのは抵抗発熱体5を備えた板状セラミックス体2の中心位置に合わせ、板状セラミックス体2に対して正確な位置でウェハWを載せることが重要であり、周辺凸部4をウェハガイドとして、ウェハWは周囲が周辺凸部4と接触しながら内側凸部8で支えられることが好ましい。
【0033】
周辺凸部4がウェハWの横ズレを防ぐには周辺凸部4が同一円周上に少なくとも3個必要であり、周辺凸部4と接触する内接円の直径はウェハWの直径より1.001から1.01倍の大きさであることが好ましい。このように配設することにより載置面3上の正確な位置にウェハWを載せることができることから抵抗発熱体5を備えた板状セラミックス体2からの熱を均一に受けることが可能となりウェハWの表面温度差を小さくすることができる。
【0034】
図2(a)(b)(c)は周辺凸部4を示す拡大断面図である。図2(a)は円錐台形状の周辺凸部4を示し。図2(b)は円柱の上に円錐台が結合した形状の周辺凸部4を示す。図2(c)は周辺が湾曲面からなる周辺凸部4を示す。
【0035】
また、前記の周辺凸部4は、板状セラミックス体2の他方の主面と同一の平面に備えることが好ましく、前記複数の周辺凸部4がウェハWを囲む内接円の大きさは先端部で大きく、下部で小さいことが好ましい。
【0036】
尚、特許文献5、6に記載のウェハ支持部材のようにウェハWの横ズレを防止する円環状の凸部は板状セラミックス体2の周辺部の厚みが大きくなることから、板状セラミックス体の周辺部の熱容量が大きくなり、昇温途中の過渡時のウェハW面内温度差が大きいとの問題がある。しかし、本発明の板状セラミックス体2の周辺部に孤立した周辺凸部を備えることで、過渡時のウェハW面内の温度差の増大を防止し、しかもウェハWの横ズレを防止できる。
【0037】
また、ウェハWの面内温度差を小さくするためには、板状セラミックス体2の載置面3に凹部9を形成し、その凹部9に埋設金具を接着しボルト10で周辺凸部4を締め付けて取り付けることが好ましい。このように配設することで、載置面3の温度分布を均一に保つ事が可能となり、ウェハW面内の温度差を小さくできる。尚、上記凹部9に板状セラミックス体と熱伝導率の近いFe−Ni−Co合金からなる埋め込みリングで周辺凸部4をネジ止めすることもできる。
【0038】
更に、周辺凸部4の熱伝導率は20W/(m・K)以上であり板状セラミックス体2の熱伝導率の2倍以下の熱伝導率を有することが好ましい。周辺凸部4の熱伝導率が20W/(m・K)を下回ると、周辺凸部4の周辺の温度が低下してウェハW面内の温度差が大きくなる虞がある。また、周辺凸部4の熱伝導率が板状セラミックス体2の熱伝導率の2倍を越えると周辺凸部4の温度が上昇し易くなりウェハWを加熱する際の過渡時のウェハW面内温度差が大きくなり好ましくない。好ましくは、周辺凸部4の熱伝導率を30W/(m・K)以上とし、板状セラミックス体2の熱伝導率の1倍以下とすると、周辺凸部4の周辺の温度低下や上昇を小さくすることができる。
【0039】
尚、ウェハWの表面温度差を小さくするには周辺凸部4の一部は板状セラミックス体2の抵抗発熱体5を囲む外接円の内部にあることが好ましい。このような配置とすると抵抗発熱体5によりウェハWの表面積より広い範囲の載置面3を加熱することが可能となり、ウェハWの面内の温度差が小さくなり好ましい。
【0040】
また、周辺凸部4は平面視したときに円形状のセラミックスであることが好ましく、さらに直径5〜30mmであることが好ましい。直径5mmを下回ると載置面3に精度良く固定することが困難であり、直径30mmを越えるとウェハWの面内温度差が大きくなる虞がある。好ましくは直径10〜20mmである。
【0041】
また、周辺凸部4の側面の表面粗さは、Raで0.1〜5μmであることが好ましい。周辺凸部4の側面はウェハWの端面或いは端面のエッジ部と接触するが、Raが0.1〜5μmであればウェハWと接触してもウェハWのエッジが欠損したりパーティクルを発生する虞が少ない。Raが5μm或いはRmaxが10μmを越えると、ウェハWと周辺凸部4の側面が接触した際にウェハWのエッジが欠損したり周辺凸部4の表面が欠損しパーティクルを発生する虞がある。
【0042】
上記周辺凸部4によりウェハWの周辺をガイドすることにより載置面3内方向のウェハW位置を正確に固定することができる。
【0043】
そして、載置面3とウェハWの間隔は内側凸部8でウェハWを支持するが、ウェハW面と載置面3の間隔をできるだけ均一にするためには、内側凸部8が載置面3に均等に配設されていることが好ましい。内側凸部8は載置面3の中心から周辺凸部4に内接する内接円の直径の0.5倍の範囲内に少なくとも1個、前記内接円の直径の0.5〜1倍の範囲内に少なくとも3個配置されているとウェハW表面の変形が小さく、むら無く支持することが可能となり、ウェハWの自重による変形や反りを防止することができることから、ウェハW面内の温度差が小さくなり好ましい。
【0044】
また、ウェハWは内側凸部8を介して載置面3と一定の間隔で離間させることにより、載置面3と直接接触した場合の片あたりによるウェハW面内の温度バラツキの発生を防止できる。そして、載置面3上のガスを介してウェハWを加熱することによりウェハW面内の温度を均一に昇温させたり、ウェハW面内の温度を均一に保持することができる。
【0045】
ウェハWと載置面3の間隔を決める内側凸部8の載置面からの突出高さは0.05〜0.5mmが適切であり、0.05mmを下回ると載置面3の温度がウェハWに急激に伝わりウェハW面内の温度差を大きくする。また、0.5mmを越えると載置面3からウェハWへ伝わる熱の伝わりが遅くなりウェハW面内の温度差を大きくする。更に好ましくは0.07〜0.2mmである。
【0046】
また、上記内側凸部は、載置面の中心から上記周辺凸部に内接する内接円の直径の0.5倍の範囲内に少なくとも1個、前記内接円の直径の0.5〜1倍の範囲内に少なくとも3個以上それぞれ同心円状に配置されているとウェハWを平坦端に固定しウェハWの表面の温度差を小さくできることから好ましい。更に好ましくは、内接円の直径の0.5倍の範囲内に少なくとも3個、前記内接円の直径の0.5〜1倍の範囲内に少なくとも5個以上あるとウェハW面の変形が更に小さくなり、ウェハWの面内の温度差を0.4℃以下に小さくすることが可能となる。
【0047】
図3(a)は本発明のウェハ支持部材1で、板状セラミックス体2の一方の主面に複数の抵抗発熱体ゾーン4を備え、中心部に円形の抵抗発熱体ゾーン4aと、その外側に同心円の2つの円環内に抵抗発熱体ゾーン4bcと抵抗発熱体ゾーン4dgとを備える各抵抗発熱体ゾーン4の配置例を示す。
【0048】
図3(b)は、本発明のウェハ支持部材1の中心部の円形の抵抗発熱体ゾーン4aと、その外側に円環4bcを2等分した扇状の2個の抵抗発熱体ゾーン4b、4cを備え、更にその外側の円環4dg内にそれぞれ対抗する位置で円環を円周方向に4等分した扇状の4個の抵抗発熱体ゾーン4d、4e、4f、4gからなるウェハ支持部材1であり、ウェハWの表面温度がより均一となり好ましい。
【0049】
上記ウェハ支持部材1の各抵抗発熱体ゾーン4a〜4gは独立して発熱でき、各抵抗発熱体ゾーン4a〜4gに対応して抵抗発熱体5a〜5gを備えている。
【0050】
尚、円環状の抵抗発熱体ゾーン4bc、4dgはそれぞれ放射方向に2分割、4分割したが、これに限るものではない。
【0051】
図3(b)の抵発熱体ゾーン4b、4cの境界線は直線であるが、必ずしも直線である必要はなく、波線であってよい。抵抗発熱体ゾーン4b、4cが板状セラミックス体2の中心に対して中心対称であることが好ましい。
【0052】
同様に、抵抗発熱体ゾーンの4dと4e、4eと4f、4fと4g、4gと4dとのそれぞれの境界線も必ずしも直線である必要はなく、それぞれの抵抗発熱体4dから4gは、板状セラミックス体2の中心に対し中心対称であることが好ましい。
【0053】
上記の各抵抗発熱体5は、印刷法等で作製し、1〜5mmの巾で厚みが5〜50μmで形成することが好ましい。一度に印刷する印刷面が大きくなると、印刷面の左右や前後でスキージとスクリーンとの間の圧力の違いから印刷厚みが一定とならない虞が生じる。特に、抵抗発熱体5の大きさが大きくなると、抵抗発熱体5の左右前後の厚みが異なり設計した発熱量がバラツク虞があった。発熱量がバラツクとウェハWの面内温度差が大きくなり好ましくない。この抵抗発熱体の厚みのバラツキから生じる温度バラツキを防ぐには、一つの抵抗発熱体からなる外径の大きな個々の抵抗発熱体5を分割することが有効である事が判明した。
【0054】
そこで、ウェハW載置面3の中心部を除く同心円環状の抵抗発熱体ゾーンは左右に2分割し、更に大きな円環状の抵抗発熱体ゾーンは4分割することで抵抗発熱体ゾーンにある抵抗発熱体5の印刷する大きさを小さくすることができることから、抵抗発熱体5の各部の厚みを均一にすることができ、更にウェハWの前後左右の微妙な温度差を補正しウェハWの表面温度を均一にすることができる。
【0055】
また、図4に示すように、前記抵抗発熱体5の外接円Cの直径Dが前記板状セラミックス体2の直径DPの90〜99%であることが好ましい。抵抗発熱体5の外接円Cの直径Dが板状セラミックス体2の直径DPの90%より小さいと、ウェハを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなりウェハWの温度応答特性が劣る。
【0056】
また、ウェハWの周辺部の温度を下げないようウェハWの表面温度を均一に加熱するには、直径DはウェハWの直径の1.02〜1.1倍程度が好ましいことから、ウェハWの大きさに対して板状セラミックス体2の直径DPが大きくなり、均一に加熱できるウェハWの大きさが板状セラミックス体2の直径DPに比較して小さくなり、ウェハWを加熱する投入電力に対しウェハWを加熱する加熱効率が悪くなる。更に、板状セラミックス体2が大きくなることからウェハ製造装置の設置面積が大きくなり、最小の設置面積で最大の生産を行う必要がある半導体製造装置の設置面積に対する稼働率を低下させ好ましくない。
【0057】
抵抗発熱体5の外接円Cの直径Dが板状セラミックス体2の直径DPの99%より大きいと接触部材17と抵抗発熱体5の外周との間隔が小さく抵抗発熱体5の外周部から熱が接触部材17に不均一に流れ、特に、外周部の外接円Cに接する円弧状パターン51が存在しない部分からも熱が流れ、外周部の円弧状パターン51が板状セラミックス体2の中心部へ曲がっていることから抵抗発熱体5を囲む外接円Cに沿って円弧状パターン51が欠落する部分Pの温度が低下しウェハWの面内温度差を大きくする虞がある。より好ましくは、抵抗発熱体5の外接円Cの直径Dが板状セラミックス体2の直径DPの92〜97%である。
【0058】
また、図1(a)に示す様に板状セラミックス体2と金属ケース19の外形が略同等で板状セラミックス体2を下から金属ケース19が支える場合、ウェハWの面内の温度差を小さくするには、抵抗発熱体5の外接円Cの直径Dが板状セラミックス体2の直径DPの92〜95%であり、更に好ましくは93〜95%である。
【0059】
一方、図6に示す様な板状セラミックス体2の外周面を覆うように金属ケースが接続した場合には、抵抗発熱体5の外接円Cの直径Dが板状セラミックス体2の直径DPの95〜98%が好ましく、更に好ましくは96〜97%である。
【0060】
板厚が1〜7mmの板状セラミックス体2の一方の主面側を、ウェハを載せる載置面3とするとともに、上記板状セラミックス体2の下面に抵抗発熱体5を備えたウェハ支持部材1において、上記抵抗発熱体5の厚みが5〜50μmであるとともに、上記抵抗発熱体を囲む外接円Cの面積に対し、上記外接円Cに占める抵抗発熱体5の面積の比率が5〜50%であることが好ましい。
【0061】
即ち、抵抗発熱体5を囲む外接円Cの面積に対し、外接円C内に占める抵抗発熱体5の面積の比率を5%未満とすると、抵抗発熱体5の相対向する対向領域において、対向領域の対向間隔S1が大きくなり過ぎることから、抵抗発熱体5のない間隔S1に対応した載置面3の表面温度が他の部分と比較して小さくなり、載置面3の温度を均一にすることが難しいからであり、逆に抵抗発熱体5を囲む外接円Cの面積に対し、外接円C内に占める抵抗発熱体5の面積の比率が50%を超えると、板状セラミックス体2と抵抗発熱体5との間の熱膨張差を3.0×10−6/℃以下に近似させたとしても、両者の間に作用する熱応力が大きすぎることから、板状セラミックス体2は変形し難いセラミックス焼結体からなるものの、その板厚tが1mm〜7mmと薄いことから抵抗発熱体5を発熱させると、載置面3側が凹となるように板状セラミックス体2に反りが発生し、その結果、ウェハWの中心部の温度が周縁よりも小さくなり、温度バラツキが大きくなる恐れがあるからである。
【0062】
なお、好ましくは、抵抗発熱体5を囲む外接円Cの面積に対し、外接円C内に占める抵抗発熱体5の面積の比率を10%〜30%、さらには15%〜25%とすることが好ましい。
【0063】
さらに、このような効果を効率良く発現させるには、抵抗発熱体5の膜厚を5〜50μmとすることが好ましい。
【0064】
抵抗発熱体5の膜厚が5μmを下回ると、抵抗発熱体5をスクリーン印刷法で膜厚を均一に印刷することが困難となるからであり、また、抵抗発熱体5の厚みが50μmを越えると、外接円P1に対し、抵抗発熱体5の占める面積の比率を50%以下としても抵抗発熱体5の厚みが大きく、抵抗発熱体5の剛性が大きくなり、板状セラミックス体2の温度変化により抵抗発熱体5の伸び縮みによる影響で板状セラミックス体2が変形する虞がある。また、スクリーン印刷で均一の厚みに印刷することが難しくウェハWの表面の温度差が大きくなったりする虞があるからである。なお、好ましい抵抗発熱体5の厚みは10〜30μmとすることが良い。
【0065】
本発明の抵抗発熱体5のパターン形状としては、図3に示したような折り返しパターン、あるいは図4や図5に示すような複数のブロックに分割され、個々のブロックが円弧状のパターンと直線状のパターンとからなる渦巻き状やジグザクな折り返し形状をしたもので、本願発明のウェハ支持部材1はウェハWを均一に加熱することが重要であることから、これらのパターン形状は帯状の抵抗発熱体5の各部の密度が均一なことが好ましい。図4に示すように板状セラミックス体2の外周部に位置する前記抵抗発熱体5d、5e、5d、5fは板状セラミックス体2の中心から遠い部位は同心円状をした円弧状パターン51とこれらと連続して繋がっている連結パターン52からなることが好ましい。ただし、図8に示すような、板状セラミックス体72の中心から放射方向に見て、抵抗発熱体25の間隔が密な部分と粗な部分が交互に現れる抵抗発熱体パターンでは、粗な部分に対応するウェハWの表面温度は小さく、密な部分に対応するウェハWの温度は大きくなり、ウェハWの表面の全面を均一に加熱することはできないことから好ましくない。
【0066】
また、抵抗発熱体5を複数のブロックに分割する場合、それぞれのブロックの温度を独立に制御することにより、載置面3上のウェハWを均一に加熱することが好ましい。
【0067】
抵抗発熱体5は、導電性の金属粒子にガラスフリットや金属酸化物を含む電極ペーストを印刷法で板状セラミックス体2に印刷、焼き付けしたもので、金属粒子としては、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Rhの少なくとも一種の金属を用いることが好ましく、またガラスフリットとしては、B、Si、Znを含む酸化物からなり、板状セラミックス体2の熱膨張係数より小さな4.5×10−6/℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましく、さらに金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いることが好ましい。
【0068】
ここで、抵抗発熱体5を形成する金属粒子として、Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Rhの少なくとも一種の金属を用いるのは、電気抵抗が小さいからである。
【0069】
抵抗発熱体5を形成するガラスフリットとして、B、Si、Znを含む酸化物からなり、抵抗発熱体5を構成する金属粒子の熱膨張係数が板状セラミックス体2の熱膨張係数より大きいことから、抵抗発熱体5の熱膨張係数を板状セラミックス体2の熱膨張係数に近づけるには、板状セラミックス体2の熱膨張係数より小さな4.5×10−6/℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましいからである。
【0070】
また、抵抗発熱体5を形成する金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いるのは、抵抗発熱体5の中の金属粒子と密着性が優れ、しかも熱膨張係数が板状セラミックス体2の熱膨張係数と近く、板状セラミック体2との密着性も優れるからである。
【0071】
ただし、抵抗発熱体5に対し、金属酸化物の含有量が80%を超えると、板状セラミックス体2との密着力は増すものの、抵抗発熱体5の抵抗値が大きくなり好ましくない。その為、金属酸化物の含有量は60%以下とすることが良い。
【0072】
そして、導電性の金属粒子とガラスフリットや金属酸化物からなる抵抗発熱体5は、板状セラミック体2との熱膨張差が3.0×10-6/℃以下であるものを用いることが好ましい。
【0073】
即ち、抵抗発熱体5と板状セラミックス体2との熱膨張差を0.1×10−6/℃とすることは製造上難しく、逆に抵抗発熱体5と板状セラミックス体2との熱膨張差が3.0×10−6/℃を超えると、抵抗発熱体5を発熱させた時、板状セラミックス体2との間に作用する熱応力によって、載置面3側が凹状に反る虞があるからである。
【0074】
更に、抵抗発熱体5への給電方法については、有底の金属ケース19に設置した給電端子11を板状セラミックス体2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、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、板状セラミックス体2とその有底の金属ケース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。
【0075】
また、板状セラミックス体2の温度は、板状セラミックス体2にその先端が埋め込まれた熱電対27により測定する。熱電対27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27を使用することが好ましい。この熱電対27の先端部は、板状セラミックス体2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を行うことも可能である。
【0076】
また、図1(a)では板状セラミックス体2の他方の主面3に抵抗発熱体5のみを備えたウェハ支持部材1について示したが、本発明は、主面3と抵抗発熱体5との間に静電吸着用やプラズマ発生用としての電極を埋設したものであっても良いことは言うまでもない。
【0077】
更に詳細な構成について説明する。
【0078】
図1(a)は本発明に係るウェハ支持部材の一例を示す断面図で、板厚tが1〜7mm、100〜200℃のヤング率が200〜450MPaである板状セラミックス体2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、この抵抗発熱体5に電気的に接続する給電部6を備えたものである。
【0079】
100〜200℃のヤング率が200〜450MPaである板状セラミックス体2の材質としては、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いることができ、この中でも特に窒化アルミニウムは50W/(m・K)以上、さらには100W/(m・K)以上の高い熱伝導率を有するとともに、フッ素系や塩素系等の腐食性ガスに対する耐蝕性や耐プレズマ性にも優れることから、板状セラミックス体2の材質として好適である。
【0080】
板状セラミックス体2の厚みは、2〜5mmとすると更に好ましい。板状セラミックス体2の厚みが2mmより薄いと、板状セラミックス体2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24らの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2にクラックが発生する虞があるからである。また、板状セラミックス体2の厚みが5mmを越えると、板状セラミックス体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る虞がある。
【0081】
板状セラミックス体2は、有底の金属ケース19開口部の外周にボルト16を貫通させ、板状セラミックス体2と有底の金属ケース19が直接当たらないように、リング状の接触部材17を介在させ、有底の金属ケース19側より弾性体18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、板状セラミックス体2の温度が変動した場合に有底の金属ケース19が変形しても、上記弾性体18によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス体2の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状セラミックス体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。
【0082】
リング状の接触部材17の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状セラミックス体2と接触部材17が平面で接触する場合において、板状セラミックス体2と接触部材17の接する接触部の巾は0.1mm〜13mmであれば、板状セラミックス体2の熱が接触部材17を介して有底の金属ケース19に流れる量を小さくすることができる。そして、ウェハWの面内の温度差が小さくウェハWを均一に加熱することができる。好ましくは0.1〜8mmである。接触部材17の接触部の巾が0.1mm以下では、板状セラミックス体2と接触固定した際に接触部が変形し、接触部材が破損する虞がある。また、接触部材17の接触部の巾が13mmを越える場合には、板状セラミックス体2の熱が接触部材に流れ、板状セラミックス体2の周辺部の温度が低下しウェハWを均一に加熱することが難しくなる。好ましくは接触部材17と板状セラミックス体2の接触部の巾は0.1mm〜8mmであり、更に好ましくは0.1〜2mmである。
【0083】
また、接触部材17の熱伝導率は板状セラミックス体2の熱伝導率より小さいことが好ましい。接触部材17の熱伝導率が板状セラミックス体2の熱伝導率より小さければ板状セラミックス体2に載せたウェハW面内の温度分布を均一に加熱することができると共に、板状セラミックス体2の温度を上げたり下げたりする際に、接触部材17との熱の伝達量が小さく有底の金属ケース19との熱的干渉が少なく、迅速に温度を変更することが容易となる。
【0084】
接触部材17の熱伝導率が板状セラミックス体2の熱伝導率の10%より小さいウェハ支持部材1では、板状セラミックス体2の熱が有底の金属ケース19に流れ難く、雰囲気ガス(ここでは空気)による伝熱や輻射伝熱により流れる熱が多くなり逆に効果が小さい。
【0085】
接触部材17の熱伝導率が板状セラミックス体2の熱伝導率より大きい場合には、板状セラミックス体2の周辺部の熱が接触部材17を介して有底の金属ケース19に流れ、有底の金属ケース19を加熱すると共に、板状セラミックス体2の周辺部の温度が低下しウェハW面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、有底の金属ケース19が加熱されることからガス噴射口24からエアを噴射し板状セラミックス体2を冷却しようとしても有底の金属ケース19の温度が高いことから冷却する時間が大きくなったり、一定温度に加熱する際に一定温度になるまでの時間が大きくなる虞があった。
【0086】
一方、前記接触部材17を構成する材料としては、小さな接触部を保持するために、接触部材のヤング率は1GPa以上が好ましく、更に好ましくは10GPa以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の巾が0.1mm〜8mmと小さく、板状セラミックス体2を有底の金属ケース19に接触部材17を介してボルト16で固定しても、接触部材17が変形することが無く、板状セラミックス体2が位置ズレしたり平行度が変化したりすることなく、精度良く保持することができる。
尚、特開2001−313249号公報に記載のような、フッ素系樹脂やガラス繊維を添加した樹脂からなる接触部材では得られない精度を達成することができる。
【0087】
前記接触部材17の材質としては鉄とカーボンからなる炭素鋼やニッケル、マンガン、クロムを加えた特殊鋼等の金属がヤング率が大きく好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、ステンレス鋼やFe―Ni−Co系合金の所謂コバールが好ましく、板状セラミックス体2の熱伝導率より小さくなるように接触部材17の材料を選択することが好ましい。
【0088】
更に、接触部材17と板状セラミックス体2との接触部を小さく、且つ接触部が小さくても接触部が欠損しパーティクルを発生する虞が小さく安定な接触部を保持できるために、板状セラミックス体2に垂直な面で切断した接触部材17の断面は多角形より円形が好ましく、断面の直径1mm以下の円形のワイヤを接触部材17として使用すると板状セラミックス体2と有底の金属ケース19の位置が変化することなくウェハWの表面温度を均一にしかも迅速に昇降温することが可能である。
【0089】
以上、接触部材17の構成と板状セラミックス体2と抵抗発熱体5の配設の関係について説明したが、これらの配設は、前記周辺凸部4の一部が抵抗発熱体5を囲む直径Dの内側に存在することから、周辺凸部4のウェハW面内温度に対する影響を考慮していることは言うまでもない。
【0090】
次に、有底の金属ケース19は側壁部22と底面21を有し、板状セラミックス体2はその有底の金属ケース19の開口部を覆うように設置してある。また、有底の金属ケース19には冷却ガスを排出するための孔23が施されており、板状セラミックス体2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2を冷却するためのガス噴射口24、板状セラミックス体2の温度を測定するための熱電対27を設置してある。
【0091】
なお、有底の金属ケース19の深さは10〜50mmで、底面21は、板状セラミックス体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、板状セラミックス体2と有底の金属ケース19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の温度が一定で均一な温度となるまでの時間が短くなるためである。
【0092】
そして、有底の金属ケース19内に昇降自在に設置されたリフトピン25により、ウェハWを載置面3上に載せたり載置面3より持ち上げたりといった作業がなされる。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。
【0093】
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をリフトピン25にて支持したあと、リフトピン25を降下させてウェハWを載置面3上に載せる。
【0094】
次に、ウェハ支持部材1をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状セラミックス体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、ウェハW上へのレジスト膜の貼付に用いたとしても、レジスト膜の組織に悪影響を与えることがなく、微細な配線を高密度に形成することが可能である。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。
【0095】
なお、板状セラミックス体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。
【0096】
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス体2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2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、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。
【0097】
さらに、板状セラミックス体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。
【0098】
また、板状セラミックス体2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。板状セラミックス体2に対する抵抗発熱体5の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層を形成することもある。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。
【0099】
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2を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−5×10-7/℃〜+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。
【0100】
なお、ガラスからなる絶縁層を板状セラミックス体2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2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。
【0101】
【実施例】
(実施例 1)
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。
【0102】
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。
【0103】
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。
【0104】
そして、得られた窒化アルミニウ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。
【0105】
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時間の焼成を行い各種の熱伝導率を有する板状セラミックス体を製作した。
【0106】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚3mm、直径330mmの円盤状をした板状セラミックス体と板厚4mmで周辺部に円環状の凸部を備え直径301mmの中心部の板厚が3mmの板状セラミックス体を作製した。更に中心から60mmの同心円上に均等に3箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、4mmとした。
【0107】
次いで板状セラミックス体の上に抵抗発熱体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。
【0108】
抵抗発熱体ゾーンの配置は、中心部に円形の1つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側の円環を同等の2つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、更にその外側に円環を4つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計7個の抵抗発熱体ゾーン構成とした。
【0109】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは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、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は20mmとした。
【0110】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、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ナットを螺着して弾性的に固定することによりウェハ支持部材とした。
【0111】
尚、接触部材17の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径1mmとした。また、接触部材の材質はSUS304、炭素鋼を用いた。
【0112】
その後、載置面の中心に1個の内側凸部と中心から85mmの距離に3個の内側凸部を取り付け、中心から130mmの距離に5個の内側凸部を取り付けたものを試料No.1、2とした。
【0113】
試料No.1は板状セラミックス体2の周辺部に周辺凸部を3箇所等配に取り付けた。また、試料No.2は板状セラミックス体の周辺部は載置面より1mm凸に形成された従来のウェハ支持部材である。
【0114】
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が29箇所に埋設された直径300mmの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け25℃から200℃まで5分間でウェハWを昇温し、ウェハWの温度を200℃に設定してからウェハWの平均温度が200℃±0.5℃の範囲で一定となるまでの時間保持した。そして、ウェハリフトピンを上昇させてウェハWを取り外し、ウェハWを室温に冷却した後再びウェハ支持部材に載せウェハWの平均温度が200℃±0.5℃となるまでの時間を応答時間として測定した。その後30分間ウェハW平均温度を200℃に保持した時点でのウェハW面内の温度差を測定した。
【0115】
それぞれの結果は表1に示す通りである。
【0116】
【表1】
【0117】
載置面の周辺に孤立した周辺凸部4を設け、内側凸部4を備えた本願発明のウェハ支持部材1はウェハW面内の温度差は0.35℃と小さく、しかも応答時間は35秒と小さく優れた特性を示す事が分った。
【0118】
それに対して、載置面の周辺部に円環状の凸部を備えた試料No.2はウェハW面内の温度差は0.41℃とやや小さいが、応答時間が63秒と大きく、均一なレジスト膜を作製することが出来なかった。
【0119】
また、内側凸部のない試料No.3は、ウェハW面内の温度差が0.63℃と大きく、しかも応答時間も47秒とやや大きかった。
【0120】
(実施例 2)
実施例1と同様に板状セラミックス体を作製した。
【0121】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚3mm、直径330mmの円盤状をした板状セラミックス体2を複数枚製作し、更に中心から60mmの同心円上に均等に3箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、4mmとした。
【0122】
次いで板状セラミックス体2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のパターン配置は、中心部から放射状に円と円環状に分割し、中心部に円形の1つにパターンを形成し、その外側の円環状の部分に2つにパターンを形成し、更に最外周に4つのパターンの計7個のパターン構成とした。そして、最外周の4つのパターンの外接円Cの直径を310mmとして、板状セラミックスの直径を変えて作製した。しかるのち抵抗発熱体5に給電部6をロウ付けし固着させることにより、板状セラミックス体2を製作した。
【0123】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは2.0mmのアルミニウムと、側壁部を構成する厚み1.0mmのアルミニウムとからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は20mmとした。
【0124】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、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ナットを螺着することにより弾性的に固定することによりウェハ支持部材とした。
【0125】
尚、接触部材17の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径1mmとした。また、接触部材の材質はSUS304、炭素鋼を用いた。
【0126】
そして、載置面3の周辺部に直径5mmの周辺凸部4を板状セラミックス体2に設けた凹部に埋設した。周辺凸部4の内接円の大きさは直径301mmとした。また、純度95%アルミナ、ムライト、イットリアを0.1〜5重量%添加した窒化アルミニウムで周辺凸部4を作製した。また、各周辺凸部4の外周を万能研削盤で加工し必要に応じ外周をダイヤモンド遊離砥粒で研磨しRaが0.05〜10に調整した周辺凸部4を作製した。
【0127】
そして、周辺凸部4の熱伝導率の異なる各種のウェハ支持部材を試料No.21〜29とした。
【0128】
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が29箇所に埋設された直径300mmの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け25℃から200℃まで5分間でウェハWを昇温し、ウェハWの温度を200℃に設定してからウェハWの平均温度が200℃±0.5℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。その10分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハWの温度差として測定した。その後、ウェハリフトピンを載置面の上面に突出させウェハWを載置面から取り外し、不図示のハンドリングアームでウェハを取り外した。その後再びハンドリングアームからウェハWをウェハリフトピンの上に載せ、ウェハリフトピンを降下させて、周辺凸部にガイドさせながら内側凸部の上端にウェハWを載せた。そして、3分後に再びウェハリフトピンを上昇させて、ウェハWを取り外した。このウェハW載置取り外しを1000回繰り返し、その後ウェハWの裏面の周辺部20mm幅と側面に付着したパーティクルをTENKOR社製のパーティクルカウンタで評価した。
【0129】
それぞれの結果は表2に示す通りである。
【0130】
【表2】
【0131】
表2の試料No.21は、周辺凸部の熱伝導率が5W/(m・K)と小さいことから、ウェハW面内の温度差が0.51℃と大きく応答時間も63秒と大きく好ましくなかった。
【0132】
また、試料No.29は板状セラミックス体の熱伝導率が60W/(m・K)に対して周辺凸部の熱伝導率が180W/(m・K)はその3倍と大きく、ウェハW面内の温度差は0.8℃と大きく好ましくなかった。
【0133】
これに対し、試料No.22〜27は周辺凸部の熱伝導率が20W/(m・K)以上と大きく、しかも板状セラミックス体の熱伝導率の2倍以下であることから、ウェハW面内の温度差は0.45℃以下と小さく、応答時間も55秒以下と小さく好ましいことが分った。
【0134】
更に、試料No.22〜26のように周辺凸部の外周面の表面粗さRaが5以下であるとパーティクルの発生個数が2000個以下と少なく更に好ましいことが分った。
【0135】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、板状セラミックス体の一方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、前記載置面の周辺部に3個以上の周辺部の凸部を設け、前記周辺凸部の内側に該凸部より高さの低い内側凸部を設けるとともに、上記内側凸部の上記載置面からの突出高さは0.05〜0.5mmであり、上記内側凸部は、上記載置面の中心から上記周辺凸部に内接する内接円の直径の0.5倍の範囲内に少なくとも1個、上記内接円の直径の0.5〜1倍の範囲内に少なくとも3個以上それぞれ同心円状に配置されていることにより、ウェハW面内の温度差を小さくできる。更に、過渡時のウェハW面の温度が安定するまでの応答時間を小さくできる。
【0136】
また、上記周辺部の凸部を構成する部材は載置面の凹部に取り付けることにより更にウェハW面内の温度を小さく、過渡時の応答時間を小さくできる。
【0137】
また、周辺凸部の熱伝導率を20W/(m・K)以上であり板状セラミックス体の熱伝導率の2倍以下とするとウェハW表面の温度差を小さく、温度応答時間が小さくなる。
【0138】
更に、周辺凸部の一部は板状セラミックス体の抵抗発熱体を囲む外接円の内部に設けると好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明のウェハ支持部材の一例を示す断面図、(b)は同じく平面図である。
【図2】(a)〜(c)は本発明のウェハ支持部材における周辺凸部の拡大断面図である。
【図3】(a)(b)は本発明のウェハ支持部材における抵抗発熱体ゾーンの形状を示す概略平面図である。
【図4】本発明のウェハ支持部材における抵抗発熱体の形状を示す概略平面図である。
【図5】本発明のウェハ支持部材における抵抗発熱体の形状を示す概略平面図である。
【図6】本発明の他のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【図7】従来のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【図8】従来のウェハ支持部材の抵抗発熱体の形状を示す概略平面図である。
【符号の説明】
1、71:ウェハ支持部材
2、72:板状セラミックス体
3、73:載置面
4:周辺凸部
5、75:抵抗発熱体
6:給電部
7:均熱板
8:内側凸部
9:凹部
10:ボルト
11、77:給電端子
12:ガイド部材
16:ボルト
17:接触部材
18:弾性体
19、79:金属ケース
20:ナット
21:底面
23:孔
24:ガス噴射口
25:ウェハリフトピン
26:貫通孔
27:熱電対
28:ガイド部材
W:半導体ウェハ[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 solution applied on the wafer. The present invention relates to a wafer support member suitable for forming a resist film by dry baking.
[0002]
[Prior art]
A wafer support member for heating a semiconductor wafer (hereinafter abbreviated as a wafer) is used 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]
The conventional semiconductor manufacturing apparatus has a batch type that heats a plurality of wafers at once and a sheet type that heats one wafer at a time. The single wafer type has excellent temperature controllability, so wiring of semiconductor elements is possible. Wafer support members have been widely used in accordance with demands for miniaturization of wafers and improved accuracy of wafer heat treatment temperature.
[0004]
As such a wafer support member, for example,
[0005]
The
[0006]
Furthermore, a power supply terminal 77 is brazed to the terminal portion of the
[0007]
By the way, in such a
[0008]
[0009]
Further, in
[0010]
Further,
[0011]
Further,
[0012]
However, both have the problem that a very complicated and delicate structure and control are required, and a wafer support member that can heat the temperature distribution more uniformly with a simple structure has been demanded.
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2001-203156 A
[Patent Document 2]
JP 2001-313249 A
[Patent Document 3]
JP 2002-76102 A
[Patent Document 4]
JP-A-10-223642
[Patent Document 5]
JP-A-10-229114
[Patent Document 6]
JP 2002-237375 A
[Patent Document 7]
JP 2002-184683 A
[Patent Document 8]
JP 2001-68407 A
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, the size of wafers has been increased to improve production efficiency, but the semiconductor elements themselves have also diversified. Manufacturing with large-sized wafers does not necessarily lead to improvement in production efficiency. Therefore, an apparatus that can cope with the wafer size and heat treatment conditions is desired.
[0015]
Furthermore, in the chemically amplified resist that has begun to be used with the miniaturization of the wiring of the semiconductor element, not only the uniformity of the temperature of the wafer but also from the moment when the wafer is placed on the heat treatment apparatus until the heat treatment is finished. The transient temperature history is also extremely important, and it is desired that the wafer temperature be stabilized uniformly within about 60 seconds immediately after the wafer is placed.
[0016]
However, in the apparatuses introduced in
[0017]
Further, in the wafer support member described in
[0018]
Furthermore, any wafer support member may have a longer time for uniformly heating the wafer W, rapidly raising the temperature of the wafer W, or rapidly lowering the temperature.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
Main departure Ming the board A wafer supporting member having a plurality of resistance heating elements on one main surface or inside of a ceramic body and a mounting surface on which the wafer is placed on the other main surface, three on the periphery of the mounting surface Provide the above peripheral protrusions, and provide an inner protrusion with a low height inside the peripheral protrusions. In addition, the protruding height of the inner convex portion from the upper placement surface is 0.05 to 0.5 mm, and the inner convex portion is inscribed inscribed from the center of the upper placement surface to the peripheral convex portion. At least one in the range of 0.5 times the diameter of the circle and at least three in the range of 0.5 to 1 times the diameter of the inscribed circle are arranged concentrically. It is characterized by that.
[0020]
Moreover, the member which comprises the said peripheral convex part is the above It was attached to the recessed part formed in the mounting surface.
[0021]
The peripheral convex part is a circular ceramic. The The ceramic Of The thermal conductivity is 20 W / (m · K) or more and is smaller than twice the thermal conductivity of the plate-like ceramic body.
[0022]
Further, a part of the peripheral convex portion is inside a circumscribed circle surrounding the resistance heating element.
[0024]
Also, the resistance heating element the above The diameter D of the circumscribed circle is 90 to 99% of the diameter DP of the plate-like ceramic body.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0026]
FIG. 1 (a) is a cross-sectional view showing an example of a
[0027]
Further, the wafer lift pins 25 are plate-shaped ceramics. The The wafer W can be moved up and down through a hole penetrating the
[0028]
When the
[0029]
The
[0030]
In order to uniformly heat the surface of the disk-shaped wafer W corresponding to the mounting
[0031]
As shown in FIG. 1B, the
[0032]
The wafer W is transferred from an arm (not shown) and placed on the wafer lift pins 25 protruding on the mounting
[0033]
In order for the peripheral
[0034]
2A, 2B, and 2C are enlarged cross-sectional views showing the peripheral
[0035]
The peripheral
[0036]
In addition, like the wafer support members described in
[0037]
Further, in order to reduce the in-plane temperature difference of the wafer W, a
[0038]
Further, the thermal conductivity of the peripheral
[0039]
In order to reduce the surface temperature difference of the wafer W, it is preferable that a part of the
[0040]
Moreover, it is preferable that the periphery
[0041]
Moreover, it is preferable that the surface roughness of the side surface of the peripheral
[0042]
By guiding the periphery of the wafer W by the peripheral
[0043]
The distance between the mounting
[0044]
Further, the wafer W is spaced apart from the mounting
[0045]
The protrusion height from the mounting surface of the inner
[0046]
Further, the inner convex portion has at least one in the range of 0.5 times the diameter of the inscribed circle inscribed from the center of the mounting surface to the peripheral convex portion, and has a diameter of 0.5 to the inscribed circle. It is preferable to arrange at least three or more concentric circles within the range of 1 times because the temperature difference on the surface of the wafer W can be reduced by fixing the wafer W to the flat end. More preferably, if there are at least three in the range of 0.5 times the diameter of the inscribed circle and at least five in the range of 0.5 to 1 times the diameter of the inscribed circle, the deformation of the wafer W surface is reduced. Is further reduced, and the temperature difference in the surface of the wafer W can be reduced to 0.4 ° C. or less.
[0047]
FIG. 3A shows a
[0048]
FIG. 3B shows a circular resistance
[0049]
Each of the resistance
[0050]
The annular resistance heating element zones 4bc and 4dg are divided into two and four in the radial direction, respectively, but this is not restrictive.
[0051]
Although the boundary line of the resistance
[0052]
Similarly, the boundary lines of the resistance
[0053]
Each of the
[0054]
Thus, the concentric annular resistance heating element zone excluding the central portion of the wafer
[0055]
Further, as shown in FIG. 4, the diameter D of the circumscribed circle C of the
[0056]
Further, in order to uniformly heat the surface temperature of the wafer W so as not to lower the temperature at the periphery of the wafer W, the diameter D is preferably about 1.02 to 1.1 times the diameter of the wafer W. The diameter DP of the plate-like
[0057]
When the diameter D of the circumscribed circle C of the
[0058]
Further, as shown in FIG. 1A, when the plate-shaped
[0059]
On the other hand, when the metal case is connected so as to cover the outer peripheral surface of the plate-like
[0060]
One main surface side of a plate-like
[0061]
That is, if the ratio of the area of the
[0062]
Preferably, the ratio of the area of the
[0063]
Furthermore, in order to efficiently exhibit such an effect, the thickness of the
[0064]
This is because if the thickness of the
[0065]
As a pattern shape of the
[0066]
Further, when the
[0067]
The
[0068]
Here, the reason why at least one kind of metal of Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Rh is used as the metal particles forming the
[0069]
The glass frit forming the
[0070]
Further, as the metal oxide forming the
[0071]
However, if the content of the metal oxide exceeds 80% with respect to the
[0072]
The
[0073]
That is, the
[0074]
Further, regarding a method of feeding power to the
[0075]
Further, the temperature of the plate-like
[0076]
In FIG. 1 (a), a plate-like ceramic is used. The Although the
[0077]
A more detailed configuration will be described.
[0078]
FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of a wafer support member according to the present invention, a plate-like ceramic having a plate thickness t of 1 to 7 mm and a Young's modulus of 100 to 200 ° C. of 200 to 450 MPa. The One main surface of the
[0079]
A plate-like ceramic having a Young's modulus of 100 to 200 ° C. of 200 to 450 MPa The As the material of the
[0080]
The thickness of the plate-like
[0081]
The plate-like
[0082]
The cross-section of the ring-shaped
[0083]
Further, the thermal conductivity of the
[0084]
In the
[0085]
When the thermal conductivity of the
[0086]
On the other hand, as a material constituting the
In addition, the precision which cannot be obtained with the contact member which consists of resin which added fluororesin and glass fiber like Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-313249 can be achieved.
[0087]
As the material of the
[0088]
Furthermore, since the contact portion between the
[0089]
The relationship between the configuration of the
[0090]
Next, the bottomed
[0091]
The depth of the bottomed
[0092]
Then, work such as placing the wafer W on the
[0093]
Further, in order to heat the wafer W by the
[0094]
Next, when the
[0095]
In the silicon carbide sintered body forming the plate-like
[0096]
On the other hand, when the silicon carbide sintered body is used as the plate-like
[0097]
Furthermore, the main surface opposite to the mounting
[0098]
Further, when the plate-like
[0099]
The glass forming this insulating layer may be crystalline or amorphous, and has a heat-resistant temperature of 200 ° C. or higher and a thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C. to 200 ° C. -5
[0100]
In addition, as a means for depositing an insulating layer made of glass on the plate-like
[0101]
【Example】
(Example 1)
First, 1.0% by mass of yttrium oxide in terms of weight was added to the aluminum nitride powder, and further kneaded for 48 hours with a ball mill using isopropyl alcohol and urethane balls to produce an aluminum nitride slurry.
[0102]
Next, the aluminum nitride slurry was passed through 200 mesh to remove urethane balls and ball mill wall debris, and then dried at 120 ° C. for 24 hours in an explosion-proof dryer.
[0103]
Next, the obtained aluminum nitride powder was mixed with an acrylic binder and a solvent to produce an aluminum nitride slip, and a plurality of aluminum nitride green sheets were produced by a doctor blade method.
[0104]
And the resulting aluminum nitride C A laminate was formed by thermocompression bonding of a plurality of green sheets.
[0105]
Thereafter, the laminate is degreased at a temperature of 500 ° C. for 5 hours in a non-oxidizing gas stream, and then fired at a temperature of 1900 ° C. for 5 hours in a non-oxidizing atmosphere to obtain various thermal conductivities. A plate-like ceramic body having the same was produced.
[0106]
Then, the aluminum nitride sintered body is subjected to grinding, and a plate-like ceramic having a disc shape with a plate thickness of 3 mm and a diameter of 330 mm. Body and A plate-like ceramic body having a plate thickness of 4 mm, an annular convex portion at the periphery, and a center portion having a diameter of 301 mm and a plate thickness of 3 mm was produced. Further, three through holes were formed uniformly on a concentric circle 60 mm from the center. The through-hole diameter was 4 mm.
[0107]
Next, plate ceramics the body's In order to deposit the
[0108]
Resistance heating element N The arrangement is such that a resistance heating element zone is formed in one circular shape at the center, the outer ring is divided into two equal resistance heating element zones, and the outer ring is divided into four resistance heating element zones. A total of seven resistance heating element zones divided into two were formed.
[0109]
The bottom of the bottomed metal case is made of 2.0mm of aluminum and 1.0mm of aluminum constituting the side wall, and the gas injection port, thermocouple, and conduction terminal are attached to the bottom of the case. It was. The distance from the bottom surface to the plate-like ceramic body was 20 mm.
[0110]
After that, a plate-shaped ceramic body is overlaid on the opening of the bottomed metal case, and a bolt is passed through the outer periphery thereof, so that the plate-shaped ceramic body and the bottomed metal case do not directly contact each other. Screw the nut with the elastic member from the contact member side. do it A wafer support member was obtained by elastically fixing.
[0111]
The
[0112]
Thereafter, one inner convex part at the center of the mounting surface and three inner convex parts at a distance of 85 mm from the center, and five inner convex parts at a distance of 130 mm from the center were attached to Sample No. 1 and 2.
[0113]
Sample No. 1 is a peripheral projection on the periphery of the plate-like
[0114]
Evaluation of the produced wafer support member was performed using a temperature measuring wafer having a diameter of 300 mm in which temperature measuring resistors were embedded in 29 locations. A power supply is attached to each wafer support member, the wafer W is heated from 25 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes, the temperature of the wafer W is set to 200 ° C., and then the average temperature of the wafer W is 200 ° C. ± 0.5 ° C. The time until it became constant within the range was maintained. Then, the wafer lift pins are raised, the wafer W is removed, the wafer W is cooled to room temperature, and then placed on the wafer support member again, and the time until the average temperature of the wafer W reaches 200 ° C. ± 0.5 ° C. is measured as the response time. did. Thereafter, the temperature difference in the wafer W plane at the time when the wafer W average temperature was maintained at 200 ° C. for 30 minutes was measured.
[0115]
Each result is as shown in Table 1.
[0116]
[Table 1]
[0117]
The
[0118]
On the other hand, Sample No. 2 having an annular convex portion on the periphery of the mounting surface has a small temperature difference within the wafer W surface of 0.41 ° C., but the response time is as large as 63 seconds and uniform. A resist film could not be produced.
[0119]
Sample No. 3 having no inner convex portion had a large temperature difference in the wafer W plane of 0.63 ° C. and a response time of 47 seconds.
[0120]
(Example 2)
A plate-like ceramic body was produced in the same manner as in Example 1.
[0121]
Then, the aluminum nitride sintered body is ground to produce a plurality of disk-shaped
[0122]
Next, in order to deposit the
[0123]
Further, the bottom of the bottomed metal case is made of 2.0 mm aluminum and 1.0 mm thick aluminum constituting the side wall, and the gas injection port, the thermocouple, and the conduction terminal are arranged at predetermined positions on the bottom. Attached to. The distance from the bottom surface to the plate-like ceramic body was 20 mm.
[0124]
After that, a plate-shaped ceramic body is overlaid on the opening of the bottomed metal case, and a bolt is passed through the outer periphery thereof, so that the plate-shaped ceramic body and the bottomed metal case do not directly contact each other. A wafer support member was obtained by interposing a member and elastically fixing the member by screwing a nut through an elastic body from the contact member side.
[0125]
The
[0126]
Then, a peripheral
[0127]
And the various wafer support members in which the thermal conductivity of the peripheral
[0128]
Evaluation of the produced wafer support member was performed using a temperature measuring wafer having a diameter of 300 mm in which temperature measuring resistors were embedded in 29 locations. A power supply is attached to each wafer support member, the wafer W is heated from 25 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes, the temperature of the wafer W is set to 200 ° C., and then the average temperature of the wafer W is 200 ° C. ± 0.5 ° C. The time until it became constant in the range of was measured as the response time. The difference between the maximum value and the minimum value of the wafer temperature after 10 minutes was measured as the temperature difference of the wafer W. Thereafter, the wafer lift pins protruded from the upper surface of the mounting surface to remove the wafer W from the mounting surface, and the wafer was removed by a handling arm (not shown). After that, the wafer W is again placed on the wafer lift pins from the handling arm, the wafer lift pins are lowered, and the inner convex portion is guided while being guided to the peripheral convex portion. of A wafer W was placed on the upper end. Then, after 3 minutes, the wafer lift pins were raised again and the wafer W was removed. This wafer W mounting / removal was repeated 1000 times, and then the particles attached to the
[0129]
Each result is as shown in Table 2.
[0130]
[Table 2]
[0131]
Sample No. in Table 2 No. 21 has a small thermal conductivity of 5 W / (m · K) at the peripheral convex portion, and therefore the temperature difference in the wafer W surface was as large as 0.51 ° C. and the response time was as large as 63 seconds, which was not preferable.
[0132]
Sample No. 29, the thermal conductivity of the plate-shaped ceramic body is 60 W / (m · K), and the thermal conductivity of the peripheral convex portion is 180 W / (m · K), which is three times as large. Was not as large as 0.8 ° C.
[0133]
In contrast, sample no. In Nos. 22 to 27, the thermal conductivity of the peripheral convex portion is as large as 20 W / (m · K) or more, and is not more than twice the thermal conductivity of the plate-like ceramic body. It was found to be as small as .45 ° C. or less and a response time as small as 55 seconds or less.
[0134]
Furthermore, sample no. It has been found that when the surface roughness Ra of the outer peripheral surface of the peripheral convex portion is 5 or less as in 22 to 26, the number of particles generated is as small as 2000 or less, which is more preferable.
[0135]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is provided a wafer support member including a plurality of resistance heating elements on one main surface or inside of a plate-like ceramic body, and a mounting surface on which the wafer is placed on the other main surface. Then, three or more peripheral convex portions are provided in the peripheral portion of the placement surface, and an inner convex portion having a height lower than the convex portion is provided inside the peripheral convex portion. And the protrusion height from the above-mentioned placement surface of the above-mentioned inside convex part is 0.05-0.5 mm, and the above-mentioned inside convex part is an inscribed circle inscribed in the above-mentioned peripheral convex part from the center of the above-mentioned placement surface Are arranged concentrically at least one in the range of 0.5 times the diameter and at least three in the range of 0.5 to 1 times the diameter of the inscribed circle. Thereby, the temperature difference in the wafer W surface can be reduced. Furthermore, the response time until the temperature of the wafer W surface during the transition is stabilized can be reduced.
[0136]
Further, by attaching the members constituting the convex portion of the peripheral portion to the concave portion of the mounting surface, the temperature in the wafer W surface can be further reduced, and the response time at the time of transition can be reduced.
[0137]
Further, when the thermal conductivity of the peripheral convex portion is 20 W / (m · K) or more and twice or less than the thermal conductivity of the plate-like ceramic body, the temperature difference on the surface of the wafer W is reduced and the temperature response time is reduced.
[0138]
Furthermore, it is preferable that a part of the peripheral convex portion is provided inside a circumscribed circle surrounding the resistance heating element of the plate-like ceramic body.
[Brief description of the drawings]
1A is a cross-sectional view showing an example of a wafer support member of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of the same.
FIGS. 2A to 2C are enlarged sectional views of peripheral convex portions in a wafer support member of the present invention.
3A and 3B are schematic plan views showing the shape of a resistance heating element zone in the wafer support member of the present invention.
FIG. 4 is a schematic plan view showing the shape of a resistance heating element in the wafer support member of the present invention.
FIG. 5 is a schematic plan view showing the shape of a resistance heating element in the wafer support member of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of another wafer support member of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a conventional wafer support member.
FIG. 8 is a schematic plan view showing the shape of a resistance heating element of a conventional wafer support member.
[Explanation of symbols]
1, 71: Wafer support member
2, 72: Plate-shaped ceramic body
3, 73: Placement surface
4: Peripheral convex part
5, 75: Resistance heating element
6: Feeder
7: Soaking plate
8: Inner convex part
9: recess
10: Bolt
11, 77: Feeding terminal
12: Guide member
16: Bolt
17: Contact member
18: Elastic body
19, 79: Metal case
20: Nut
21: Bottom
23: Hole
24: Gas injection port
25: Wafer lift pin
26: Through hole
27: Thermocouple
28: Guide member
W: Semiconductor wafer
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