JP4002409B2

JP4002409B2 - ウェハ加熱装置

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Publication number: JP4002409B2
Application number: JP2001163298A
Authority: JP
Inventors: 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-05-30
Also published as: JP2002359172A

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ために用いるウェハ加熱装置に関するものであり、例えば、半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基盤等のウェハ上に薄膜を形成したり、前記ウェハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成するために好適なウェハ加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜装置、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためにウェハ加熱装置が用いられている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、まとめて複数のウェハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウェハの大きさが２００ｍｍから３００ｍｍと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、１枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる手法が近年実施されている。しかしながら、枚葉式にすると１回あたりの処理数が減少するため、ウェハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウェハ支持部材に対して、ウェハの加熱時間の短縮や温度精度の向上が要求されていた。
【０００４】
このうち、半導体ウェハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、図４に示すような、炭化珪素、窒化アルミニウムやアルミナ等のセラミックスからなる均熱板３２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面とし、他方の主面には酸化膜５３、絶縁層３４を介して発熱抵抗体３５が設置され、さらに前記発熱抵抗体３５に導通端子３７が弾性体３８により固定された構造のウェハ加熱装置３１が用いられていた。そして、前記均熱板３２は、支持体４１にボルト４７で固定され、さらに均熱板３２の内部には熱電対４０が挿入され、これにより均熱板３２の温度を所定に保つように、導入端子３７から発熱抵抗体３５に供給される電力を調整するシステムとなっていた。また、導入端子３７は、板状構造部４３に絶縁層３９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウェハ加熱装置３１の載置面３３に、レジスト液が塗布されたウェハＷを載せたあと、発熱抵抗体３５を発熱させることにより、均熱板３２を介して載置面３３上のウェハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼き付けしてウェハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
このようなウェハ加熱装置３１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、ウェハＷの温度分布を均一にすることが重要である。ウェハＷの温度分布を小さくするため、加熱用のヒータを内蔵したウェハ加熱装置において、発熱抵抗体３５の抵抗分布を調整したり、発熱抵抗体３５の温度を分割制御したり、熱引きを発生したりするような構造部を接続する場合、その接続部の発熱量を増大させる等の提案がされていた。
【０００７】
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る。
【０００８】
そこで、別の手法として、特開平１０−２２３６４２号公報には図５に示すように、均熱板５２の載置面５３からウェハを浮かせて支持するために支持ピン５１を設置し、この位置を調整することにより、ウェハＷの反りを発生させることにより載置面５３との間隔を調整し、ウェハＷの温度を均一にすることが示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５に示すウェハ加熱装置は、均熱板５２の載置面５３から支持ピンによってウェハを浮かせるために、熱源となる均熱板からウェハへの伝熱形態は、均熱板全体からの輻射伝熱と支持ピンからの熱伝導を組み合わせたものとなるため、両者のバランスが調和していないと、支持ピン部のウェハ温度が低温になったり、逆に高温になるといった課題があった。特に、輻射による伝熱量は均熱板５２の輻射特性やウェハまでの距離に大きく左右され、熱伝導による伝熱量は支持ピンのサイズや熱伝導率によって変化する。この不調和はウェハの面内温度差となり、成膜バラツキや、レジスト膜の反応状態を不均一にしてしまうという問題を引き起こした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、セラミックスからなる均熱板の一方の主面に非晶質カーボンを被覆してウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウェハ加熱装置において、前記載置面の表面粗さＲａが０．８〜３．２μｍであるとともに、前記載置面にウェハを支える複数の支持ピンを備え、かつセラミックスからなる均熱板は、１００℃以上における波長λ＝８μｍでの赤外線放射率εが０．８以上であることを特徴としたものである。
【００１１】
また本発明は、前記載置面からの突出高さを０．０５〜０．５ｍｍとし、かつ該支持ピンの径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ該支持ピンとウェハの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ ^２以下としたことを特徴とする。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は本発明に係わるウェハ加熱装置の１例を示す断面図であり、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナを主成分とするセラミックスからなる均熱板２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３とすると共に、他の主面に絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成したものである。
【００１４】
発熱抵抗体５のパターンとしては、円弧状の帯状電極部と直線上の帯状電極部とな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。発熱抵抗体５は、金や銀、パラジウム、白金族の金属や、タングステン、チタン、窒化チタン、ニッケル等の高融点金属を使用することができる。
【００１５】
また、発熱抵抗体５には、金や銀、パラジウム、白金等の材質からなる給電部６が形成され、該給電部６に導通端子７を押圧して接触させることにより、導通が確保されている。
【００１６】
さらに、均熱板２と支持体１１の外周にボルトを貫通させ、均熱板２側より弾性体８、座金１８を介在させてナットを螺着することにより弾性的に固定している。これにより、均熱板２の温度を変更したり載置面３にウェハを載せ均熱板２の温度が変動した場合に支持体１１変形が発生しても、上記弾性体８によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを防止し、ウェハＷ加熱におけるウェハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００１７】
また、金属製の支持体１１は、側壁部と板状構造体１３を有し、該板状構造体１３には、その面積の５〜５０％にあたる開口部が形成されている。さらに、該板状構造体１３には、必要に応じて他に、均熱板２の発熱抵抗体５に給電するための給電部６と導通するための導通端子７、均熱板２を冷却するためのガス噴出口、均熱板２の温度を測定するための熱電対１０を設置する。上記導通端子７は絶縁材９を介して設置され、給電部６に弾性体８により押圧される構造となっている。また、前記板状構造体１３は、複数の層から構成されている。
【００１８】
また、不図示のリフトピンは支持体１１内に昇降自在に設置され、ウェハＷを載置面３上に載せたり、載置面３より持ち上げるために使用される。そして、このウェハ加熱装置１により半導体ウェハＷを加熱するには、不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウェハＷをリフトピンにより支持したあと、リフトピンを降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。次に、給電部６に通電して発熱抵抗体５を発熱させ、絶縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウェハＷを加熱する。
【００１９】
そして、図２に示すように載置面３には複数の凹部２１が形成されており、該凹部２１の中にウェハＷを支えるための支持ピン２０を配置している。そして、前記支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈは、０．０５〜０．５ｍｍであり、該支持ピン２０の径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ該支持ピン２０とウェハＷの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ ^２以下となるように調整されている。
【００２０】
前記突出高さｈが０．０５ｍｍ未満となると、支持ピン部からの伝熱量が増し、ウェハＷに温度ムラが生じるので好ましくない。また、前記突出高さｈが０．５ｍｍを越えると
支持ピン部からの伝熱量が低下し、ウェハＷに温度ムラが生じるので好ましくない。
これに対し、前記突出高さｈを０．０５〜０．５ｍｍとすると、支持ピン部からの伝熱と、支持ピン部以外の輻射伝熱のバランスがとれ、ウェハＷの温度バラツキを小さくすることができる。
【００２１】
ところで、前記支持ピン２０の突出高さｈのバラツキが１５μｍを越えると、ウェハＷを投入した際の過渡昇温時に、載置面３とのギャップが小さい部分は均熱板２の昇温の影響を大きく受けて温度は速やかに上昇し、逆に前記ギャップが大きい部分はウェハＷの温度が遅れながら上昇するので、両者の間で温度差が過大となってしまうので好ましくない。ゆえに、外周上の前記支持ピン２０高さのバラツキは、１５μｍ以下とした方が望ましい。
【００２２】
また、前記支持ピン２０の径をφ２〜φ１０ｍｍとしたのは、前記支持ピン２０によって阻害されてしまう均熱板２からウェハＷへの熱伝達を、前記支持ピン２０がウェハＷに直接触れることによって得られる熱伝導加熱によって、バランス良く補わなければならないからである。
【００２３】
すなわち、前記支持ピン２０の径がφ２ｍｍより小さくなると、前記支持ピン２０からウェハＷに伝わる熱量が減少し、ウェハＷの前記支持ピン２０で支持部分のみが低温となってしまい、逆に前記支持ピン２０の径がφ１０ｍｍより大きくなると、前記支持ピン２０からウェハＷに伝わる熱量が大きすぎて、ウェハＷの前記支持ピン２０で支持部分のみが高温となってしまうためである。
【００２４】
なお、前記支持ピン２０は、同心円上に少なくとも３点配置しておけば良い。異なるサイズのウェハに対応する場合等には、用途に応じて多数個配置すれば良い。
【００２５】
また、該支持ピン２０とウェハＷの接触面積を支持ピン１本あたり１０ｍｍ ^２以下としたのは、前記支持ピン２０とウェハＷの接触面積が１０ｍｍ^２を越えると支持ピン２０からの伝熱量が増え、この部分のウェハ温度が上昇しウェハの温度ムラとなってしまうからである。よって、前記支持ピン２０は、先細り加工や先端Ｒ面加工など先端形状を変化させることによって、前記支持ピン２０とウェハの接触面積を支持ピン１本あたり１０ｍｍ ^２以下とし、より望ましくは３ｍｍ^２以下とした方が良い。なお、ウェハＷに対するパーティクル付着を低減させる観点からも、ウェハＷに接触する支持ピン２０の面積は少ない方が好ましい。
【００２６】
この支持ピン２０は凹部２１に接合せずに単に載置しておくだけでよい。その場合、脱落を防止するために、図３に示すように固定治具２４を凹部２１の上部に設置する。この固定治具２４は、支持ピン２０とは接触しても接触しなくても特に支障はなく、固定治具２４は市販のスナップリングを用いても何ら問題ない。
【００２７】
なお、該支持ピン２０の熱伝導率は、一般的なアルミナ等のセラミックスで得られる１０〜２０Ｗ／ｍ・Ｋであれば、特に問題ない。一方、固定治具２４の材質としては、Ｎｉ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３１、４２アロイ、インコネル、インコロイ等、耐熱金属のものを使用すべきである。
【００２８】
一方、均熱板２は、１００℃以上での波長λ＝８μｍにおける放射率εが０．８以上としておかなければならない。なぜならば、支持ピンを介して熱が伝導される以外のウェハＷの加熱は、均熱板２からの熱輻射によって行われるため、この輻射熱量が重要となるためである。
【００２９】
すなわち、ウェハＷの熱吸収は波長λ＝８μｍ程度で最大となるため、この波長域での均熱板２の赤外線放射率εを０．８以上としておくと、ウェハＷの被加熱をより高いものとすることができるのである。ウェハＷの赤外線吸収率は、熱源である均熱板２の赤外線波長や温度によって変化してしまうため、最も効率の良い波長帯でウェハＷを輻射加熱しなければならない。例えば、Ｗ（タングステン）やＮｉ（ニッケル）等の金属は、最大赤外線放射率εの得られる波長が３μｍ以下であり、８μｍ以上での赤外線放射率εは０．１以下と極めて小さくなってしまう。そして、ＳｉウェハＷは３μｍの波長域での赤外線をほとんど透過してしまい、十分に加熱されない。よって、均熱板２を上記金属で構成したり、上記金属でコーティングすることは好ましくないことになる。
【００３０】
一般に、物質の赤外線放射率εは、物質によって大まかに分類することもできるが、実際には温度や表面状態や色調によっても大きく変動する。
【００３１】
特に、均熱板２の色調については重要で、均熱板２の明度をＪＩＳＺ８７２１に規定するＮ３以下としておくと、きわめて明度の低い黒色となり、赤外線放射率εを高くすることができる。アルミナや窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスは、一般にＮ５以上の高い明度を有する白〜灰色であるが、ホットプレスやＨＩＰ等の焼結方法を用いて、炭素を多く含む雰囲気焼成を行うと、明度を低く抑え、赤外線放射率εを高めることが可能となる。また、高い明度を有する均熱板を、明度の低い材料で覆うことも有用である。具体的には、白〜灰色のアルミナや窒化アルミニウム製の均熱板２に対し、その表面を明度の低い非晶質カーボン（ＤＬＣ）で、ＣＶＤやＰＶＤ等の手法を用いて数μｍ程コーティングすることが重要である。
【００３２】
また、均熱板２の表面状態については、滑らかな鏡面仕上げとすると赤外線反射率が高まり、赤外線放射率εが低下してしまう。そこで、表面粗さＲａは０．８μｍ以上としておく方が良い。あまりに粗野な面は洗浄が困難となり、清浄でなくなる虞があるため、好ましくは表面粗さＲａを０．８〜３．２μｍとしておく方が良い。このようにして、表面粗さＲａを適宜調整することによっても赤外線反射率を抑え、赤外線放射率εを高めることが可能となる。
【００３３】
このことは、均熱板２が炭化珪素質焼結体や窒化珪素質焼結体や窒化硼素質焼結体など他のセラミックス材料であっても同様の結果となる。なお、このようなウェハ加熱装置を使ったウェハＷの処理は、一般に１００℃以上で行われるため、均熱板２は１００℃以上において、波長λ＝８μｍでの放射率εが０．８以上であれば良い。
【００３４】
もちろん、支持ピン２０部分はウェハＷへの輻射熱が遮断されてしまうのであるが、支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈと支持ピンの径を最適になるように調整しているので、支持ピン２０からの熱伝導によって、輻射熱の代わりに伝熱することができる。
【００３５】
また、均熱板２の平坦度に関しては、１００μｍ以下好ましくは５０μｍ以下とすることが好ましい。また、均熱板２を弾性的に支持体１１に保持することにより、支持体１１内の温度分布によって発生する反りを、この弾性的構造で緩和することができるので、均熱板２の平坦度を維持することが可能となる。
【００３６】
このとき、本発明によれば、均熱板２を炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等のセラミックス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。
【００３７】
ところで、このような特性を満足するには、均熱板２の板厚を１ｍｍ〜７ｍｍとすることが良い。これは、板厚が１ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために温度バラツキを平準化するという均熱板２としての効果が小さく、発熱抵抗体５におけるジュール熱のバラツキがそのまま載置面３の温度バラツキとして表れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚が７ｍｍを越えると、均熱板２の熱容量が大きくなり過ぎ、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間や温度変更時の冷却時間が長くなり、生産性を向上させることができないからである。
【００３８】
また、均熱板２を形成するセラミックスとしては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウム、アルミナのようないずれか１種以上を主成分とするものを使用することができる。
【００３９】
炭化珪素質焼結体としては、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）とイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を含有し１９００〜２２００℃で焼成した焼結体を用いることができ、また、炭化珪素はα型を主体とするもの、あるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
【００４０】
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量％混合し、２０００〜２２００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。
【００４１】
そして、窒化硼素質焼結体としては、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４５重量％の窒化アルミニウムと５〜１０重量％の希土類元素酸化物を混合し、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。窒化硼素の焼結体を得る方法としては、他に硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法があるが、この場合熱伝導率が著しく低下するので好ましくない。
【００４２】
また、窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ₂Ｏ₃、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ₂量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ₂を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。ここで示すＳｉＯ₂量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ₂と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ₂と、意図的に添加したＳｉＯ₂の総和である。
【００４３】
また、窒化アルミニウム質焼結体としては、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃やＹｂ₂Ｏ₃等の希土類元素酸化物と必要に応じてＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工した後、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより得られる。窒化アルミニウムは窒素中で常圧焼成も可能だが、この時の呈色は一般に白〜灰色であって、ＪＩＳＺ８７２１に規定する明度がＮ３より大きくなり、ウェハを加熱するに十分な輻射熱量を得られない。しかし、カーボン雰囲気でホットプレス焼成することによって、ＪＩＳＺ８７２１に規定する明度がＮ３以下の窒化アルミニウム焼結体が得られる。
【００４４】
これらの焼結体は、その用途により材質を選択して使用する。例えば、レジスト膜の乾燥に使用する場合は、窒化物は水分と反応してアンモニアガスを発生し、これがレジスト膜に悪影響を及ぼすので使用できない。また、８００℃程度の高温で使用する可能性のあるＣＶＤ用のウェハ加熱装置の場合は、ガラスを多く含む窒化硼素系の材料は、均熱板２が使用中に変形してしまい均熱性が損なわれてしまう可能性がある。
【００４５】
さらに、均熱板２の載置面３と反対側の主面は、ガラスや樹脂からなる絶縁層４との密着性を高める観点から、平面度２０μｍ以下、面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜０．５μｍに研磨しておくことが好ましい。
【００４６】
一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として使用する場合、多少導電性を有する均熱板２と発熱抵抗体５との間の絶縁を保つ絶縁層４としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが３５０μｍを越えると、均熱板２を形成する炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるために、クラックが発生して絶縁層４として機能しなくなる。その為、絶縁層４としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは１００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００４７】
また、均熱板２を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合は、均熱板２に対する発熱抵抗体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層４を形成する。ただし、発熱抵抗体５の中に十分なガラスを添加し、これにより十分な密着強度が得られる場合は、省略することが可能である。
【００４８】
次に、絶縁層４に樹脂を用いる場合、その厚みが３０μｍ未満では、耐電圧が１．５ｋＶを下回り、絶縁性が保てなくなるとともに、発熱抵抗体５にレーザ加工等によってトリミングを施した際に絶縁層４を傷付け、絶縁層４として機能しなくなり、逆に厚みが１５０μｍを越えると、樹脂の焼付け時に発生する溶剤や水分の蒸発量が多くなり、均熱板２との間にフクレと呼ばれる泡状の剥離部ができ、この剥離部の存在により熱伝達が悪くなるため、載置面３の均熱化が阻害される。その為、絶縁層４として樹脂を用いる場合、絶縁層４の厚みは３０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは６０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００４９】
上記絶縁層４を形成するガラスの特性としては、結晶質又は非晶質のいずれでも良く、例えばレジスト乾燥用に使用する場合、耐熱温度が２００℃以上でかつ０℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数が均熱板２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×１０^-7／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラスを用いると、均熱板２を形成するセラミックスとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼付け後の冷却時において、均熱板２に反りが発生したり、クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００５０】
また、絶縁層４を形成する樹脂としては、２００℃以上の耐熱性と、発熱抵抗体５との密着性を考慮すると、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂等が好ましい。
【００５１】
なお、ガラスや樹脂から成る絶縁層４を均熱板２上に被着する手段としては、前記ガラスペースト又は樹脂ペーストを均熱板２の中心部に適量落とし、スピンコーティング法にて伸ばして均一に塗布するか、あるいはスクリーン印刷法、ディッピング法、スプレーコーティング法等にて均一に塗布したあと、ガラスペーストにあっては、６００℃の温度で、樹脂ペーストにあっては、３００℃以上の温度で焼き付ければ良い。また、絶縁層４としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は炭化硼素質焼結体から成る均熱板２を１２００℃程度の温度に加熱し、絶縁層４を被着する表面を酸化処理し酸化膜２３を形成することで、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００５２】
さらに、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体５としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属単体を、蒸着法やメッキ法にて直接被着するか、あるいは前記金属単体や酸化レニウム（Ｒｅ₂Ｏ₃）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ₃）等の酸化物を導電材として含む樹脂ペーストやガラスペーストを用意し、所定のパターン形状にスクリーン印刷法等にて印刷したあと焼き付けて前記導電材を樹脂やガラスから成るマトリックスで結合すれば良い。マトリックスとしてガラスを用いる場合、結晶化ガラス、非晶質ガラスのいずれでも良いが、熱サイクルによる抵抗値の変化を抑えるために結晶化ガラスを用いることが好ましい。
【００５３】
ただし、発熱抵抗体５に銀又は銅を用いる場合、マイグレーションが発生する恐れがあるため、このような場合には、発熱抵抗体５を覆うように絶縁層４と同一の材質から成る保護膜を３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００５４】
また、図示しないが、発熱抵抗体５を内蔵するタイプの均熱板２に関しては、熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましい。この場合、窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含有する原料を十分混合したのち円盤状に成形し、その表面にＷもしくはＷＣからなるペーストを発熱抵抗体５のパターン形状にプリントし、その上に別の窒化アルミニウム成形体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で焼成することにより発熱抵抗体を内蔵した均熱板２を得ることが出来る。また、発熱抵抗体５からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホール１９を形成し、ＷもしくはＷＣからなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウェハＷの加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホール１９の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の発熱抵抗体５の酸化を防止することができる。
【００５５】
【実施例】
実施例１
平均粒子径１．２μｍ程度で、かつ焼結助剤としてのＥｒ_２Ｏ _３と、不純物としてのＳｉＯ^２を含む純度９３％以上のＡｌＮ粉末に、バインダーと溶媒を添加混合したスラリーをスプレードライにて造粒したのち、１００ＭＰａで成形し、真空雰囲気下にて２０００℃で焼成して、熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、外径が２００ｍｍであり、薄灰色の呈色をした円盤状の窒化アルミニウム焼結体を得た。
【００５６】
この焼結体の両主面に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径２００ｍｍの円盤状をした均熱板２とし、さらに大気中で１０００℃×１時間の熱処理を施し前記焼結体の表面に０．５μｍ程の酸化膜２４を形成した。その後、ガラス粉末に対してバインダーとしてのエチルセルロースと有機溶剤としてのテルピネオールを混練して作製したガラスペーストをスクリーン印刷法にて敷設し、８０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、４５０℃で３０分間脱脂処理を施し、さらに７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、ガラスからなる厚み４００μｍの絶縁層４を形成した。次いで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｔ粉末を混合したガラスペーストを、スクリーン印刷法にて所定のパターン形状に印刷したあと、８０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに４５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが３０μｍの発熱抵抗体５を形成した。
【００５７】
発熱抵抗体５は中心部と外周部を周方向に４分割し、中央部を加えた５パターン構成とした。しかるのち発熱抵抗体５に給電部６を導電性接着剤にて固着させることにより、均熱板２を製作した。
【００５８】
支持体１１は、主面の４０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２枚の板状構造体１３を準備し、この内の１枚に、熱電対１０、１０本の導通端子７を所定の位置に形成し、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して得た。
【００５９】
その後、前記支持体１１の上に、均熱板２を重ね、その外周部を弾性体８を介してネジ締めすることにより図１に示した本発明のウェハ加熱装置１とした。
【００６０】
その後、バネを有する導通端子７を装着した支持体１１にその外周部を弾性体８を介してネジ締めすることにより図１に示した本発明のウェハ加熱装置１とした。
【００６１】
この均熱板２の載置面３の表面粗さは、Ｒａ＝０．１μｍ、０．６μｍ、０．８μｍ、３．２μｍ、４．０μｍのものを準備し、かつ載置面上にイオンプレーティング法により厚さ０．５μｍと２μｍのＤＬＣ（非晶質カーボン）を被覆した。厚さ２μｍのＤＬＣ被覆によっても、均熱板２の表面粗さが変化することはなかったが、均熱板２の呈色は厚さ０．５μｍのＤＬＣ被覆であっても変化し、茶褐色となった。そして、ＤＬＣ被覆厚みが１μｍを越えると、窒化アルミニウム特有の薄灰色の呈色をした均熱板２は、黒色となった。ここで、均熱板２の表面粗さおよびＤＬＣ被覆厚みが、ＪＩＳＺ８７２１に規定する明度Ｎおよび赤外線放射率εに及ぼす影響について調べた結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】

【００６３】
表１より、赤外線放射率は表面粗さＲａや明度Ｎによって、さまざまに変化することが判る。
【００６４】
もちろん、赤外線放射率εは温度によっても変化するが、ウェハ加熱装置は１００℃以上での特性が重要であり、１００℃以上で必要な特性が達成できれば良い。また、何もＤＬＣコーティングに限らずとも、均熱板２を構成するセラミックスだけで前述の赤外線放射特性が達成できれば良いことは言うまでもない。
【００６５】
ところで、均熱板２の表面粗さＲａを大きくすることによって、赤外線放射率εを高めることが可能になるものの、表面粗さＲａが３．２μｍを越えると洗浄が困難となる不具合が認められた。したがって、均熱板２の表面粗さＲａは０．８〜３．２μｍとするのが良い。なお、赤外線放射率εは、真空中においた黒体の赤外線放射率を１．０とし、これに対する比で表したものであり、ここでは日本分光工業製フーリエ変換赤外分光光度計（FT/IR-5M）を使って求めた。
【００６６】
次に、この均熱板２を使って、ウェハＷを輻射加熱する実験を行った。均熱板２とウェハの距離は５０μｍとなるようφ２ｍｍの支持ピンをＰＣＤ１８０ｍｍ上の３箇所に設置し、均熱板２を２００℃に加熱したとき、ウェハＷが飽和する温度を調べた。ただし、ここでは支持ピンで支持した部分のウェハ温度は無視した。この結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】

【００６８】
表２より、波長λ＝８μｍでの赤外線放射率εが０．８以上の均熱板２を使うことによって、ウェハＷは９８％以上の効率で加熱され、好適であることが判る。そして、より望ましくは９９％以上の効率が得られる赤外線放射率ε≧０．８５の均熱板２を使うのが良いといえる。
【００６９】
ところで、ウェハＷの赤外線吸収率は、その波長や温度によって変化してしまうため、最も効率の良い波長帯で輻射加熱しなければならない。そこで、前述のＤＬＣの代わりに、ＷやＮｉをＣＶＤコーティングすることによって、最大赤外線放射率の得られる波長が異なる均熱板２を製作した。そして、前項と同様に均熱板２を２００℃に加熱したとき、ウェハＷが飽和する温度を調べた。この結果を表３に示す。
【００７０】
【表３】

【００７１】
表３より、赤外線放射率ε＝０．８の得られる波長λが６〜１３μｍの均熱板２を使うことによって、ウェハＷは９７％以上の効率で加熱され好適であることが判る。そして、より望ましくは赤外線放射率ε＝０．８の得られる波長λが８μｍの均熱板２を使うことによって、ウェハの加熱効率を最大にできることが判った。
【００７２】
実施例２
前述の実験は、支持ピンで支持した部分のウェハ温度を考慮しなかったが、実際には支持ピンからの熱伝導による影響が無視できない。
【００７３】
そこで、支持ピンによって生じるウェハ温度ムラに関する実験を行った。
【００７４】
図２に示すように均熱板２の載置面３に、均熱板２と同心の１８０ｍｍφの円上の３等配の位置に凹部２１を形成し、支持ピン２０の載置面３からの突出高さｈを３０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、５００μｍ、６００μｍとなるように設置したサンプルを準備した。また、支持ピン２０の径をφ１ｍｍ、φ２ｍｍ、φ５ｍｍ、φ１０ｍｍ、φ１２ｍｍとし、前記支持ピン２０の先端形状を加工することによって、前記支持ピン２０とウェハＷの接触面積を支持ピン１本あたり３ｍｍ^２、５ｍｍ^２、１０ｍｍ^２、１５ｍｍ^２、２０ｍｍ^２とした試料を作製し、支持ピン部と支持ピン部以外のウェハ温度を調べた。
【００７５】
なお、均熱板２は表面粗さＲａ＝０．８μｍで、前述の０．５μｍのＤＬＣコーティングを施し、１００℃以上における波長λ＝８μｍでの赤外線放射率εが０．８０であるものを用いた。また、支持ピン２０は純度９９％・熱伝導率２０Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナセラミックス製とした。
【００７６】
前記支持ピンとウェハの接触面積は、支持ピンの先端形状によって変化させることが可能であり、支持ピンの先端形状は鋭利であっても、Ｒ面であっても、前記支持ピンとウェハの接触面積を低減させることができる。
【００７７】
このようにして得られた結果を表４に示す。
【００７８】
【表４】

【００７９】
表４より、ウェハの載置面を基準としたときの支持ピンの突出高さは０．０５〜０．５ｍｍであって、かつ前記支持ピンの径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ前記支持ピンとウェハの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ ^２以下であれば、ウェハの温度分布を２℃以下の好適に保てることが判った。
【００８０】
また、前記支持ピンとウェハＷの接触面積は、１０ｍｍ^２を越えると支持ピン部分の伝熱量が増え、この部分のウェハ温度が上昇し温度ムラとなってしまった。温度ムラについては、２℃以上を不合格、２℃未満を合格、１℃未満を特に優れているとして判断した。
【００８１】
この結果、前記支持ピン２０とウェハの接触面積は支持ピン１ｐあたり１０ｍｍ ^２以下、望ましくは３ｍｍ^２以下が良いことが判った。
【００８２】
なお、以上の結果は、均熱板２に１００℃以上における波長λ＝８μｍでの赤外線放射率εが０．８０である炭化珪素セラミックスを用いた場合や、支持ピン２０に純度９３％・熱伝導率１５Ｗ／ｍ・Ｋのアルミナセラミックスを用いた場合でも、同じであった。
【００８３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックスからなる均熱板の一方の主面に非晶質カーボンを被覆してウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウェハ加熱装置において、前記載置面の表面粗さＲａが０．８〜３．２μｍであるとともに、前記載置面にウェハを支える複数の支持ピンを備え、かつ均熱板の１００℃以上における波長λ＝８μｍでの赤外線放射率εを０．８以上とすることによって、ウェハの輻射加熱を効率良いものとすることができ、かつ支持ピン部における熱伝導量も適正化できることによって、ウェハの温度ムラを極めて小さなものとすることができる。
【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】（ａ）は、本発明のウェハ加熱装置の均熱板の平面図であり、（ｂ）はそのＸ−Ｘ断面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の支持ピン載置部の断面図である。
【図４】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図５】従来のウェハ加熱装置の均熱板を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ウェハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：発熱抵抗体
６：給電部
７：導通端子
８：弾性体
１０：熱電対
１１：支持体
２０：支持ピン
２１：凹部
２４：固定治具
Ｗ：ウェハ

Claims

セラミックスからなる均熱板の一方の主面に非晶質カーボンを被覆してウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウェハ加熱装置において、前記載置面の表面粗さＲａが０．８〜３．２μｍであるとともに、前記載置面にウェハを支える複数の支持ピンを備え、かつ前記均熱板の１００℃以上における波長λ＝８μｍでの赤外線放射率εが０．８以上であることを特徴とするウェハ加熱装置。
前記載置面を基準としたときの前記支持ピンの突出高さは０．０５〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装置。
前記支持ピンの径はφ２〜φ１０ｍｍであり、かつ前記支持ピンとウェハの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装置。