JP4146707B2

JP4146707B2 - ウェハ加熱装置

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Publication number: JP4146707B2
Application number: JP2002314992A
Authority: JP
Inventors: 京治内山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2022-10-29
Also published as: JP2004152914A

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の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したり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枚ず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】
特許文献１には、図５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を載せる載置面とし、他方の主面には絶縁層３４を介して抵抗発熱体３５が設置された均熱板３２と、板状構造部４３を備えた支持体４１とからなるウェハ加熱装置３１が開示されている。そして、前記抵抗発熱体３５に導通端子３７が弾性体３８により固定され、導通端子３７は板状構造部４３に絶縁材３９を介して固定されていた。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が挿入されていた。そして均熱板３２を所定の温度に保つように、導通端子３７から抵抗発熱体３５に供給される電力を調整するシステムとなっていた。
【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、抵抗発熱体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】
また、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、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。
【０００７】
また、半導体の設計ルールでは、形成される配線パターンの線幅が現在の０．１８μmから数年後には０．１０μm以下になると言われており、それを達成するには、時間が経過してもウェハ面内の温度が一定となる定常時の温度分布を均一にするだけでは不十分であり、過渡時の温度分布も均一にする必要がある。過渡時の温度分布とは、所定の温度に加熱されたウェハ加熱装置３１の載置面３３に、室温に冷えたウェハＷを載置した際のウェハＷが所定の温度に到達する迄の間のウェハＷの面内温度差の最大値のことである。
【０００８】
従来のウェハ加熱装置３１の定常時の温度分布は均一とすることが出来るが、過渡時の温度分布は、図５に示すようにウェハＷの中心部と比較し、外周部の昇温が遅れ、過渡時のウェハＷの面内温度差が大きかった。
【０００９】
そこで、特許文献２には、板状セラミックス体２００の外周部の放熱量に相当する量の熱容量を中央部より小さくして、放熱量の低下とともに発熱体からの加熱エネルギーを迅速に伝達させ、測温素子と発熱体とによる温度制御特性を上げることで、均熱板３２の全加熱面を均一の温度としたウェハ加熱装置３１が開示されている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−２４４０５９号
【特許文献２】
特開２００２−１９８３０２号
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の板状セラミックス体２００の外周部の熱容量を小さくしたウェハ加熱装置３１は、ウェハＷを加熱した載置面３に載せた瞬間、均熱板２の外周部の熱容量が小さいことから、ウェハＷの外周部が載置面３３の外周部より受け取れる熱量が小さくなり、ウェハＷの外周部の温度が中心部と比べ小さくなる。その結果、ウェハＷの外周部の温度は中心部より低い状態から昇温が開始され、過渡時のウェハＷの面内温度差は大きくなった。このようなウェハ加熱装置３１で、レジスト膜の加熱処理を行うと、レジスト膜の反応状態は不均一になり、ウェハＷ上に形成されたレジスト膜の配線パターンの線幅のバラツキが非常に大きくなり、０．１μm以下の微細な配線パターンを安定して形成することが出来ないとの問題があった。
【００１２】
半導体の配線パターンの微細化とともに、ウェハＷを加熱する際の過渡時のウェハＷ面内の温度差が小さく、しかも温度分布の均一な優れたウェハ加熱装置が求められている。
【００１３】
本発明は、板状セラミックス体の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を有し、該抵抗発熱体と電気的に接続された給電部を備えるとともに、前記板状セラミックス体の外周部の厚みを中心部の厚みの１．２倍以下で、かつ１．００１倍以上、前記板状セラミックス体の載置面を凸形状とし、さらに前記載置面に該載置面からの突出高さが５０〜３００μｍの複数の支持ピンを備え、該支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であり、前記複数の抵抗発熱体の中の最外周に配設された抵抗発熱体の内接円の直径は前記板状セラミックス体の直径の６０〜９０％であり、かつ最外周に配設された抵抗発熱体の数は、それ以外に配設された抵抗発熱体の数より多くしたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記板状セラミックス体が炭化珪素または窒化アルミニウムからなることを特徴とする。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は本発明に係わるウェハ加熱装置１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、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックからなる板状セラミックス体２０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、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し給電部６を備えた均熱板２と、円筒状の側壁と板状構造部３からなる支持体１１を主な構成要素として備えている。
【００２１】
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。
【００２２】
さらに、均熱板２と支持体１１との間に断熱材１６を設置し、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１９を螺着することにより均熱板２と支持体１１を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の温度が変動したりする場合に支持体１１に変形が発生しても、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、ウェハ加熱におけるウェハＷ表面に温度差が発生することを防止できる。
【００２３】
図２の（ａ）から（ｄ）は板状セラミックス体２０の断面を示す模式図であり、本発明のウェハ加熱装置１は、板状セラミックス体２０の外周部の厚みＴ１が中心部の厚みＴ２より大きいことを特徴とする。
【００２４】
尚、外周部の厚みＴ１とは、板状セラミックス体２０の周辺端から約１０ｍｍの位置の厚みを４箇所測定し、その厚みの平均値で代表させることができる。
【００２５】
外周部の厚みＴ１が、中心部の厚みＴ２と同等以下になると、外周部の熱容量が小さくなる為、冷えたウェハＷを載置面３に載置した直後にウェハＷの外周部へ伝達される熱量が中心部と比較して小さくなり中心部の温度より外周部の温度が低くなる。その結果、ウェハＷの中心部より外周部の昇温が遅れることになり、過渡時のウェハＷ面内の温度差が大きくなるからである。
【００２６】
外周部の厚みＴ１が、中心部の厚みＴ２の１．２倍を越えると、外周部の熱容量が大きくなり過ぎる為、逆にウェハＷ外周部の昇温が中心部より高くなり、過渡時の温度バラツキが大きくなる。これに対し、外周部の厚みＴ１を中心部の厚みＴ２の１．２倍以下とすると、ウェハＷ中心部と外周部の温度差が小さくなり、過渡時の温度バラツキを小さくすることが出来る。
【００２７】
また、外周部の厚みＴ１は中心部の厚みＴ２の１．００１倍以上とすることが好ましく、更に好ましくは、１．００５〜１．１倍である。
【００２８】
また、板状セラミックス体２の断面の形状は、図２（ａ）の様に載置面３が平面で他方の主面が凹形状であっても、図２（ｂ）に示すように載置面３と他方の主面が凹状でも、図２（ｃ）に示すように載置面３が凸形状で他方の主面が凹形状でも構わないが、載置面３を凸形状にする方が過渡時のウェハＷ面内の温度差が小さくより好ましい。また、凸形状の載置面３にウェハＷを載置する際、安定して載置されやすい為である。更に、図２（ｄ）に示すような段付き形状としても構わない。
【００２９】
このような板状セラミックス体２の形状は、凹凸形状を備えた形状ダイヤを用いて研削加工を行ったり、板状セラミックス体２と異なる熱膨張の材料を片面に加熱して貼り付けた後、板状セラミックス体２を反らた状態で反対面を研削加工することにより得ることが出来る。また、板状セラミックス体２をラップ研磨する際に、ラップ研磨の加重を中心部と外周部で変えることによっても得ることが出来る。
【００３０】
また、本発明のウェハ加熱装置は、載置面３には複数の凹部１５が形成されており、該凹部１５の中にウェハＷを支えるための支持ピン１４を配置している。そして、載置面３からの突出高さｈが５０〜３００μｍの複数の支持ピン１４を備え、該支持ピン１４の突出高さのバラツキは１５μｍ以下であり前記複数の抵抗発熱体５の中の最外周に配設された抵抗発熱体５の内接円の直径Ａは前記板状セラミックス体の直径Ｂの６０〜９０％であり、かつ最外周に配設された抵抗発熱体５ａの数は、それ以外に配設された抵抗発熱体５ｂの数より多くしたことを特徴とする。尚、この突出高さｈは、図１に示すように支持ピン１４の先端が載置面３から突き出ている高さを意味している。
【００３１】
前記突出高さが５０μｍ未満となると、均熱板２の温度に影響されやすくなり昇温過渡時のウェハＷ面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、前記突出高さｈが３００μｍを越えると、ウェハＷの温度分布は小さくなるが、ウェハ交換後のウェハＷ温度の昇温応答性が悪くなり、ウェハＷの温度が均一に安定するまでの時間が長くなり好ましくない。これに対し、前記突出高さを５０〜３００μｍとすると、昇温過渡時のウェハＷ面内の温度差を小さくすることができ、かつウェハＷの温度を速やかに安定させることができ好ましい。更に好ましくは５０〜２００μｍの範囲が良い。
【００３２】
また、前記略同心円上の支持ピン１４の突出高さｈのバラツキが１５μｍを越えると、ウェハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、ウェハＷと載置面３との間隔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、逆に前記間隔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好ましくない。ゆえに、略同心円上の支持ピン１４の突出高さのばらつきは、１５μｍ以下としなければならない。
【００３３】
また、抵抗発熱体５は、例えば図３に示すような複数の複数の抵抗発熱体５ａ、５ｂを備えている。そして複数の抵抗発熱体５の中の、最外周に配設された複数の抵抗発熱体５ａに内接する円の内径Ａは、板状セラミックス体２０の直径Ｂの６０〜９０％の範囲である事が好ましい。また、最外周に配設された抵抗発熱体５ａの数は、それ以外に配設された抵抗発熱体５ｂの数より多くすると良い。
【００３４】
最外周に配設された抵抗発熱体５ａの内接円の直径Ａを板状セラミックス体２０の直径Ｂの６０％未満とすると、最外周に配設された抵抗発熱体５ａの径方向の長さが長くなり過ぎ、過渡時にウェハＷの昇温の遅い外周部と昇温の速い中心側を同じ抵抗発熱体で加熱しながら、昇温させることになる。その為、抵抗発熱体５ａの内側と外側で大きな温度差が発生し、過渡時のウェハＷ面内の温度差が大きくなる。
【００３５】
また、最外周に配設される抵抗発熱体５ａの内接円の直径Ａが板状セラミックス体２０の直径Ｂの９０％を越えると、抵抗発熱体５ａの径方向の長さが小さくなり過ぎて、板状セラミックス体２０の周辺部の大きな放熱量を補うために発熱密度を大きくする必要がある。これは、定常時、支持体１１への熱引きに相当する発熱量を抵抗発熱体５ａから供給する必要がある為である。そこで直径Ａが直径Ｂの９０％を越えると、過渡時の抵抗発熱体５ａ部の昇温が非常に速くなり、過渡時の温度バラツキが大きくなってしまい、好ましくない。
【００３６】
また、最外周に構成される抵抗発熱体５ａの数が、それ以外を構成する抵抗発熱体５ｂの数より少なくなると過渡時の温度安定時間が大きくなり好ましくない。その理由は、各抵抗発熱体を制御する測温素子の温度検知バラツキに起因する。ウェハＷを載置面３に載置した際のウェハＷの昇温挙動は、ウェハＷを載せた瞬間に温度低下の大きな均熱板２の中央部の抵抗発熱体５ｂ部が先に昇温し、均熱板２の外周部である抵抗発熱体５ａが遅れて昇温する。その為、先に昇温する抵抗発熱体５ｂを制御する測温素子の温度検知の反応速度は速い必要がある。しかし、実際の測温素子は、測温素子毎に温度検知の反応速度はバラツキがあり、反応速度の速い測温素子が制御する抵抗発熱体５は昇温が速く、逆に反応速度の遅い測温素子が制御する抵抗発熱体５は昇温が遅くなり、過渡時のウェハＷ面内の温度差が発生する。抵抗発熱体の数が増えるほど、この傾向は助長され、過渡時のウェハＷ面内の温度差が大きくなる虞がある。
【００３７】
逆に、前記の昇温の遅い抵抗発熱体５ａは、測温素子の温度検知の反応速度のバラツキの影響を受けにくく、比較的小さな温度バラツキで昇温する。その為、抵抗発熱体５ｂで温度バラツキが発生しても、温度バラツキの小さい抵抗発熱体５ａからの伝熱で、短時間にバラツキを小さくすることが出来る。抵抗発熱体５ａの分割数が多い程、この働きは顕著である。また、この傾向は、均熱板の大きさに関わらず同様である。
【００３８】
次にその他の構成について説明する。
【００３９】
上記の支持ピン１４は載置面３の中心部に少なくとも１点、中間部に少なくとも３点、最外周部に４点以上配置され、上記の中間部や最外周部に略同心円上に配設されている。
【００４０】
なお、支持ピン１４は凹部１５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、不図示の固定治具を凹部１５の上部に設置する。この固定治具は、支持ピン１４とは接触しても接触しなくても特に支障はなく、固定治具は市販のスナップリングを用いても何ら問題ない。ただし、固定治具の材質としては、錆等のパーティクルを発生させない為、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ることが好ましい。
【００４１】
また、絶縁層４上に被着する抵抗発熱体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。
【００４２】
ただし、抵抗発熱体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ことから、マイグレーションを防止するには、抵抗発熱体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。
【００４３】
また、断熱材１６は、１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０^-5／℃以下、縦弾性係数が５０〜２５０ＭＰａ、且つ熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とし、平坦度を８００μm以下としている。１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０^-5／℃を越えると熱膨張差により、昇温冷却の繰り返しにより均熱板２との接触状態が変わり、その結果、温度分布の再現性が悪くなってしまう。また、縦弾性係数が５０ＭＰａ未満になると温度サイクルにより断熱材１６は変形してしまう。また、２５０ＭＰａを越えると弾性的に保持することが出来なくなり、支持体１１変形の際の緩和効果が薄れてしまう。また、熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を越えると均熱板２との接触部の熱引きが大きくなりすぎ温度分布が不均一になってしまう。また、平坦度が８００μmを越えると均熱板２に反りを発生させ、その結果、温度分布が不均一になってしまう。
【００４４】
また、金属製の支持体１１は、側壁と板状構造体１３とを有し、該板状構造体１３には、２枚とも、その面積の５〜５０％にあたる開口部が形成されている。
【００４５】
そして、該板状構造体１３には抵抗発熱体５に電力を供給するための導通端子７が絶縁材９を介して設置されている。そして、前記導通端子７は、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。
【００４６】
さらに、均熱板２には、温度制御用のセンサである熱電対１０を設置しており、該熱電対１０が検知した温度に適した電力量を、抵抗発熱体５に供給することにより均熱板２の温度を制御する構成となっている。
【００４７】
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より持ち上げたりするために使用される。そして、このウェハ加熱装置１によりウェハＷを加熱するには、載置面３を所定の温度に加熱しておく。次に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、ウェハＷの熱引きによる載置面の温度降下を熱電対１０により検出し、その結果を元に最適な電力を給電部６に通電して抵抗発熱体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。
【００４８】
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１．５ｍｍ〜９ｍｍとすると良い。これは、板厚が１．５ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために、ジュール熱を素早く伝達し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、抵抗発熱体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９ｍｍ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。
【００４９】
また載置面３の大きさは、ウェハＷの大きさの１０７．５〜１３０％とすることが好ましい。これは１０７．５％未満になると、定常時の温度バラツキが１０℃を超えてしまう。逆に１３０％を超えると消費電力が３００Ｗを超えてしまう。これに対し１０７．５％〜１３０％とすると定常時の温度バラツキ、過渡時の温度バラツキを小さく、省電力化することができる。
【００５０】
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。
【００５１】
本発明によれば、板状セラミックス体２０を炭化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、もしく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、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の温度バラツキを極めて小さくすることができる。
【００５２】
特に、炭化珪素質焼結体からなる板状セラミックス体２０は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、半導体ウェハ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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、平板状に成形した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。
【００５８】
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、これがレジスト膜の酸を中和させ、レジスト膜の酸化反応を鈍らせるので使用できない。また、８００℃程度の高温で使用する可能性のあるＣＶＤ用のウエ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。
【００５９】
さらに、均熱板２の載置面３とは反対側の主面は、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。
【００６０】
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と抵抗発熱体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１００μ〜６００μｍ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。
【００６１】
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４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。
【００６２】
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、抵抗発熱体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。
【００６３】
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、抵抗発熱体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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、図示しないが、抵抗発熱体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を内蔵した均熱板２を得ることが出来る。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、タングステン（Ｗ）もしくはタングステンカーバイド（ＷＣ）からなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウエハＷの加熱温度が３５０℃より高い場合、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。
【００６６】
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たりし易いからである。
【００６７】
【実施例】
実施例１
炭化珪素原料に３重量％のＢ₄Ｃと２重量％の炭素を適量のバインダーおよび溶剤を用いて混合し、造粒した後成形圧１００ＭＰａで成形し、１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり外径が３３０ｍｍの円板状の炭化珪素質焼結体を得た。
【００６８】
この焼結体の両主面及び外周部に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径３２０ｍｍの円盤状とした後、ラップ研磨を施し、中心部の厚みＴ２に対し、外周部の厚みＴ１が、０．９９倍、１．００倍、１．００１倍、１．００５倍、１．０２倍、１．０５倍、１．１０倍、１．２０倍、１．２５倍となる均熱板２を９種類準備した。外周部の厚みＴ１とは、板状セラミックス体２０の周辺から約１０ｍｍの位置での厚みを中心角９０°の等間隔で４点測定した値の平均値である。また中心部の厚みＴ２とは、均熱板の中心より半径１０ｍｍの位置の厚みを中心角９０°の等間隔で４点測定した値の平均値である。さらに大気中で１２００℃×１時間の熱処理を施し前記焼結体の表面に酸化膜を形成した。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の絶縁層を形成した。次いで絶縁層上に抵抗発熱体を被着するため、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の抵抗発熱体を形成した。また、支持体は、主面の４０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２枚の板状構造体を準備し、この内の１枚に、熱電対を形成し、導通端子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支持体を準備した。
【００６９】
さらに、転写法により金ペーストからなる給電部を形成し、７００〜９００℃で焼き付け処理した。その後、バネを有する導通端子を装着した支持体に断熱材、均熱板の順に設置し、その外周部を弾性体を介してネジ締めすることにより図１または図５に示すウェハ加熱装置を作製した。
【００７０】
尚、均熱板の載置面の平坦度は３０μmとした。そして、支持ピンを、中心部に１点、φ１５０に３点、φ２９０に４点配置した。
【００７１】
また、支持ピンの突出高さを０．１ｍｍとした。なお支持ピン１４の載値面３からの突出高さｈは、１μｍ精度のデプスゲージを用いて測定した。
【００７２】
そして、このようにして得られたウェハ加熱装置の導電端子に通電して２００℃で保持し、載置面の上に載せたウェハ表面の温度分布を、均熱板の同心円で半径４０ｍｍ、８０ｍｍ、１２０ｍｍ、１４５ｍｍの円周上の３等分点１２点の合計１２点の定常時のウェハ面内の温度差を測定し、ウェハＷの面内温度差が０．７℃以下であった物のみ、評価した。評価は、ウェハ加熱装置を１５０℃に３０分保持し、その後、室温に冷えたウェハＷを載せてウェハＷが１５０℃に保持されるまでのウェハ面内の過渡時の最大温度差と温度差が０．７℃以下となるまでの温度安定時間を評価した。評価の判定基準としては、ウェハＷの昇温過渡時のウェハＷ面内の最大の温度差が５℃以下で、温度安定時間が５０秒以下のものは０．１μｍ以下の微細な配線パターンを安定して形成することが可能であった。
【００７３】
結果を表１に示した。
【００７４】
【表１】

【００７５】
表１から判るように、外周部の厚みＴ１／中心部の厚みＴ２の比が１．００１未満の試料Ｎｏ．１、２は、過渡時の温度差が５℃を越え、温度安定時間も５０秒を越え大きく好ましくなかった。
【００７６】
また、外周部の厚みＴ１／中心部の厚みＴ２の比が１．２０を越える試料Ｎｏ．９は、過渡時の温度差が５℃を越え好ましくなかった。
【００７７】
しかし、外周部の厚みＴ１／中心部の厚みＴ２の比が１．００１〜１．２０とした試料Ｎｏ．３〜８は、過渡時のウェハＷ面内の温度差が５℃以下で、温度安定時間も５０秒以下と優れた特性を示した。
【００７８】
更に、試料Ｎｏ．４〜７はウェハＷの面内の温度差が４．４℃以下と小さく、温度安定時間も４３秒以下と小さく、さらに好ましいことが分った。
【００７９】
図６は従来のウェハ加熱装置でウェハＷを加熱した時のウェハＷ面内の温度差を示すグラフでウェハＷの中心部と外周部の温度差が大きいことが分る。これに対し、本発明のウェハ加熱装置はウェハＷ面内の温度差が小さくウェハＷを均一に加熱処理できることが分った。
（実施例２）
均熱板２の載置面３の形状を図７に示す中心部と外周部の高さとの差Ｈが−２５μm、−１０μm、０μm、＋５μm、＋１０μm、＋２５μm、＋５０μmの７種類準備した。また、中心部の厚みＴ２に対する、外周部の厚みＴ１は、１．０５倍とし、実施例１と同様にサンプルを作製した。高さの差Ｈがマイナスは凹形状、プラスは凸形状を示す。外周部とは、板状セラミックス体２０の周辺から約１０ｍｍの位置とした。
【００８０】
評価は、実施例１と同様に過渡時のウェハＷ面内の温度差を５回測定した。そして、測定値の最大値と最小値との差（ΔＴ）を算出し、ΔＴの小さなものは再現性が優れていることを示す。
【００８１】
評価の判定基準としては、上記ΔＴが０．９〜１℃のものは再現性が良好として○で示し、また、ΔＴが０．８℃以下を◎で示した。そして、それΔＴが１℃を越える物は×で示した。
【００８２】
結果を表２に示した。
【００８３】
【表２】

【００８４】
表２から判るように、中心部と外周部の高さ差Ｈがプラスである試料Ｎｏ．４〜７は、ΔＴを１℃以下となり更に好ましかった。中心部と外周部との高さの差Ｈが０及びマイナスである試料Ｎｏ．１〜３は、過渡時の最大の温度バラツキの最大値と最小値の差が１℃を越えやや大きかった。
（実施例３）
抵抗発熱体５の分割を図２に一例を示すように、最外周に構成される抵抗発熱体５ａの数を４、６、８個の３種類とし、さらに内径Ａが均熱板２の直径Ｂの５８、６０、６７、８０、９０、９２％である均熱板を夫々６種類準備した。また、最外周以外の構成される抵抗発熱体５ｂの数を、中心１個とその周囲に１〜７個の計２〜８個の７種類を準備した。また、各抵抗発熱体５ａ、５ｂの分割は周方向、径方向で等配とした。
【００８５】
均熱板２の厚みは中心部の厚みＴ２に対し外周部の厚みＴ１を１．１０倍で固定とし、実施例１と同様にして試料を作製し、同様に評価した。
【００８６】
結果を表３に示した。
【００８７】
【表３】

【００８８】
表３から判るように、支持ピンの突出高さが５０〜３００μmかつ同心円上の支持ピン突出高バラツキ１５μm以下かつ最外周抵抗発熱体ブロック内周Ａ／均熱板外径の比が６０〜９０(％)かつ、最外周に構成される抵抗発熱体ブロックの数が、それ以外を構成する抵抗発熱体ブロックの数より多くなっている試験番号３３、３４、３７、３８、４０、４１、４３、４４、４６、４７、４９、５０、５２、５３、５５、５６、５８、５９、６１、６２、６４、６５、６７、６８、７０、７１、７５〜７８、８２、８３は、過渡時の温度バラツキが４．２℃以下、温度安定時間も４０秒以下となり更に好ましい事がわかった。
【００８９】
また、支持ピン突出高さが同じ、試料Ｎｏ．７５、７６、８１〜８４を比較すると、突出高さバラツキが１５μmを越える試料Ｎｏ．８３、８４が過渡時の温度バラツキが５℃、４．８℃とやや大きく、温度安定時間も４３、４４秒とやや大きかった。
【００９０】
また、支持ピン突出高さが５０μm未満である試料Ｎｏ．３１、３２の過渡時のウェハＷ面内の温度差が４．７℃、５℃とやや大きく、温度安定時間も４５秒、４７秒とやや大きかった。逆に支持ピン突出高さが３００μmを越える試料Ｎｏ．７９、８０は、温度安定時間が４６、４９秒とやや大きかった。
【００９１】
また、最外周ブロック内径Ａ／均熱板外径Ｂの比が６０％未満である試料Ｎｏ．３５、３６は、過渡時の温度差が５℃、４．７℃とやや大きく、温度安定時間も４８秒とやや大きかった。逆に９０％を越える試料Ｎｏ．７３、７４も過渡時の温度差が５℃、４．８℃とやや大きく、温度安定時間も４９秒、５０秒とやや大きかった。
【００９２】
また、試料Ｎｏ．３９、４２、４５、４８、５１、５４、５７、６０、６３、６６、６９、７２のように、最外周に構成される抵抗発熱体ブロック５ａの数が、それ以外を構成する抵抗発熱体ブロック５ｂの数より少なくなると、温度安定時間が４１秒を越えやや大きかった。
【００９３】
なお、本実験は、φ３００ｍｍ径のウェハＷを用いて行ったが、φ２００ｍｍ径のウェハＷであっても同様の結果であった。
【００９４】
また、本実験は、炭化珪素質セラミックを用いて行ったが、窒化アルミニウム質セラミックであっても同様の結果であった。
【００９５】
また、図１の形状で行ったが、筐体形状に関わらず同様の結果であった。
【００９６】
【発明の効果】
板状セラミックス体の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を有し、該抵抗発熱体と電気的に接続された給電部を備えるとともに、前記板状セラミックス体の外周部の厚みが中心部より大きくすることにより、ウェハＷの昇温過渡時の温度バラツキが５℃以下、温度安定時間が５０秒以下の優れたウェハ加熱装置を得ることができる。
【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）〜（ｄ）は本発明のウェハ加熱装置の均熱板のさまざまな実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の抵抗発熱体の配置を示す図である。
【図４】本発明のウェハ加熱装置の過渡時のウェハＷ温度を示す図である。
【図５】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図６】従来のウェハ加熱装置の過渡時のウェハＷ温度を示す図である。
【符号の説明】
１、３１：ウェハ加熱装置
２、３２：均熱板
３、３３：載置面
４、３４：絶縁層
５、３５：抵抗発熱体
５ａ：最外周に構成される抵抗発熱体
５ｂ：最外周以外に構成される抵抗発熱体
６：給電部
７、３７：導通端子
８、３８：弾性体
９、３９：絶縁材
１０、４０：熱電対
１１、４１：支持体
１３、４３：板状構造部
１４：支持ピン
１５：凹部
１６：断熱材
４７：ボルト
Ｗ：ウェハ
Ａ：最外周に構成される抵抗発熱体５ａの内径
Ｂ：均熱板の外径
Ｔ１：均熱板の外周部の厚み
Ｔ２：均熱板の中心部の厚み
Ｈ：均熱板の中心部と外周部との高さ差
ｈ：支持ピン高さ

Claims

板状セラミックス体の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を有し、該抵抗発熱体と電気的に接続された給電部を備えるとともに、前記板状セラミックス体の外周部の厚みを中心部の厚みの１．２倍以下で、かつ１．００１倍以上、前記板状セラミックス体の載置面を凸形状とし、さらに前記載置面に該載置面からの突出高さが５０〜３００μｍの複数の支持ピンを備え、該支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であり、前記複数の抵抗発熱体の中の最外周に配設された抵抗発熱体の内接円の直径は前記板状セラミックス体の直径の６０〜９０％であり、かつ最外周に配設された抵抗発熱体の数は、それ以外に配設された抵抗発熱体の数より多くしたことを特徴とするウェハ加熱装置。
前記板状セラミックス体が炭化珪素または窒化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載のウェハ加熱装置。