JP4325894B2

JP4325894B2 - ウエハ加熱装置

Info

Publication number: JP4325894B2
Application number: JP37169199A
Authority: JP
Inventors: 京治内山; 広治坂元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 1999-12-27
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-12-27
Also published as: JP2001189276A

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基板あるいは回路基板等のウエハ上に半導体薄膜を生成したり、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いたが、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回当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、ウエハ支持部材に対して、ウエハの加熱時間の短縮、ウエハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度精度の向上が要求されていた。
【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４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２２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面２３とし、他方の主面には複数個のシーズヒータ２５を当接させ、押さえ板２４にて保持してなるウエハ加熱装置２１が用いられていた。ここで、前記均熱板２２は支持枠２７により保持され、給電部２６から供給される電力によりシーズヒータ２５を発熱させることにより均熱板２２の温度を調整するようになっていた。
【０００５】
そして、ウエハ加熱装置２１の載置面２３に、レジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、シーズヒータ２５を発熱させることにより、均熱板２２を介して載置面２３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼付けしてウエハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
ところが、図４に示すウエハ加熱装置２１では、均熱板２２の熱変形を抑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。
【０００７】
そこで、成膜処理やエッチング処理では、図５に示すようなウエハ加熱装置３１が用いられている。これは、アルミナ、窒化珪素、あるいは窒化アルミニウムを主成分とする板状セラミック体３２内に発熱抵抗体３３を埋設し、前記板状セラミック体３２の一方の主面をウエハＷの載置面３４とするとともに、他方の主面に発熱抵抗体３３と電気的に接続された給電部３５を具備してなる。
【０００８】
また、レジスト膜形成用のウエハ加熱装置に関しては、図６に示すように、板厚が２ｍｍ〜７ｍｍである炭化珪素質焼結体からなる均熱板２の一方の主面をウエハＷの載置面３とするとともに、他方の主面に絶縁層４を介して発熱抵抗体５および該発熱抵抗体５と電気的に接続される給電部６を設けてウエハ加熱装置１を構成したものが提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すウエハ加熱装置３１では、均熱板３２の中央に筒状支持部３６を有する構造であるため、筒状支持部３６の熱引きの影響が大きく、高い精度で均熱板３２の温度を調整することが困難であった。また、前記筒状支持部３６の熱引きの影響を小さくするためには、均熱板３２をある程度厚くする必要があり、加熱冷却のサイクルに時間を要するという課題があった。
【００１０】
一方、図６に示すウエハ加熱装置１の場合は均熱板２を金属製の支持体７に固定する場合に均熱板２が変形したり、使用時の熱サイクルにより疲労して均熱板２にクラックが発生するという問題は同様であり、特に、熱サイクルに関しては、使用温度が５００℃以上と高い分影響が大きかった。
【００１１】
さらに、例えば図５に示すウエハ加熱装置３１において、アルミナや窒化珪素を主成分とする絶縁性セラミックスを用いると、熱伝導がそれほど良くないため、載置面３４の温度ばらつきが比較的大きくなるという課題もあった。
【００１２】
その為、板状セラミック体３２がアルミナや窒化珪素を主成分とする絶縁性セラミックスよりなるウエハ加熱装置３１を用いて、ウエハＷ上にレジスト膜を貼付けるためにウエハＷを加熱すると、▲１▼温度ムラのために乾燥焼付けされるレジスト膜の組織が粗くなる、▲２▼露光処理時におけるレジスト膜の感光精度が悪くなるのでパターン形状が不均一なものとなる、といった課題があり、近年要求されている微細な配線を高密度に形成することは難しかった。
【００１３】
また、図６に示すウエハ加熱装置１において、均熱板２の表面に形成された給電部６と導通端子の接続部をロウ材等で接合すると、均熱板２とその支持体７の間の温度差による寸法変化に起因する熱応力により、ロウ付け部が破壊し接触不良を起こすという問題があった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、セラミックスからなる均熱板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、前記均熱板の外周を支持体に保持してなるウエハ加熱装置において、前記支持体の内側に多層構造部を有し、さらに該多層構造部に前記均熱板を冷却するためのガス噴射口が設置され、前記多層構造部にその面積の５〜７０％の開口部を形成したウエハ加熱装置とすることにより、上記課題を解決した。
【００１５】
また、前記支持体の前記多層構造部のうち前記均熱板側の層に、前記ガス噴射口が設置されているときには、例えばウエハ加熱装置の温度変更時の温度が安定するまでの時間を短縮することが可能となる。また、前記均熱板の前記給電部に導通端子を、押圧して接触させることが好ましい。
【００１６】
さらに、レジスト膜形成用のウエハ加熱装置として使用する場合は、前記均熱板の主成分を炭化珪素とすることにより、アンモニアガス等により悪影響を受けずにレジスト膜を形成することができる。
【００１７】
また、ＳＯＧ膜や半導体薄膜形成用の半導体製造装置のように、５００〜８００℃の温度で使用する可能性のある装置では、前記均熱板の主成分を、熱伝導率が高い窒化アルミニウムとすることにより、均熱性の良好なウエハ加熱装置とすることが可能となる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１は本発明に係るウエハ加熱装置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また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】
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。
【００２１】
なお、均熱板２は金属製の支持体７に、その開口部を覆うように設置してある。金属製の支持体７は、側壁部９と多層構造部１０を有し、該多層構造部１０には、その面積の５〜７０％にあたる開口部１４が形成されている。また、該多層構造部１０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１３を設置する。
【００２２】
多層構造部１０は、２層以上とすることが好ましい。これを１層とすると、均熱となるのに時間がかかり好ましくない。なお、多層構造部１０の最上層のものは、均熱板２から５〜１５ｍｍの距離に設置することが望ましい。これにより、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り、また、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。また、冷却時は、ガス噴射口１２から均熱板２の表面の熱を受け取ったガスが、順次層外に排出され、新しい冷却ガスが均熱板２の表面を冷却できるので、冷却時間が短縮できる。
【００２３】
また、支持体７内に昇降自在に設置されたリフトピン８により、ウエハ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、ウエハＷは、ウエハ支持ピン１７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。
【００２４】
そして、このウエハ加熱装置１によりウエハ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エハＷをリフトピン８にて支持したあと、リフトピン８を降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。
【００２５】
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および均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱するのであるが、本発明によれば、支持体７に多層構造部１０を備えているため、均熱板２に近接した多層構造部１０を均熱板２の熱の輻射板として活用できるので、均熱板２を有効に短時間で均熱化することができる。さらに、均熱板２を炭化珪素質焼結体また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およ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。
【００２６】
また、均熱板２の構造として、図２に示すように、発熱抵抗体５を内蔵するものを用いても構わない。
【００２７】
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、空気噴射口１２からのガス吹き付けによる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を超えると、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。
【００２８】
このように、均熱板２の熱容量を小さくすると、支持体７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、支持体７が均熱板２をその外周部で保持する構造としている。
【００２９】
また、均熱板２を冷却する際は、ガス噴射口１２から均熱板２の表面にガスを噴射し冷却効率を向上させる。ガス噴射口１２の数は、できるだけ多く設ける方が全体を均一に冷却する上で好ましいが、４〜１５個程度とするのがよい。ガスの種類としては、定圧熱容量の大きなものを使用することが冷却には有利であるが、安全性の面から、空気もしくは炭酸ガスを用いることが好適である。また、ガスの流量は、１〜１００×１０^-3ｍ³／分とすることが好ましい。
【００３０】
また、ここで供給されたガスを外に排出するために、前記支持体７の多層構造部１０には、その面積の５〜７０％の開口部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から吐出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７０％を超えると、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の給電部６への押圧力が安定せず、断続使用時の耐久性が悪くなる。
【００３１】
また、多層構造部１０の各層間は、必要に応じて層間に設けた支柱（不図示）により補強する。
【００３２】
そして、前記開口部１４を多層構造部１０に設けるのは、ここから排出されるガスがウエハＷの載置面３側に漏れないようにするためである。図１に示すように、支持体７は、ガス噴射口１２とウエハＷの載置面３が分離されるように、ウエハ加熱装置１に設置されている。側壁９に開口部１４を設け、さらにガスを透過させないカバーを形成して、載置面３側にガスが漏れないような構造とすることも可能であるが、装置が大きくなり形が複雑になるので、好ましくない。
【００３３】
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。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。
【００３４】
ここで、導通端子１１の断面図の一例を図３に示した。導通端子１１の端子部４１は、給電部６を外套４５に内蔵されたバネ４３により押圧するように設置されている。また、端子部４１の後端部には、電源から電力を供給するリード線が接続される接点４４が形成されている。また、この通電端子１１は、ネジ４２により多層構造部１０に固定されている。なお、端子部４１の材質としては、その使用温度により、真鍮、ステンレス等の材料を使用することができる。また、外套４５およびネジ４２については、電気絶縁性のＰＥＥＫ材（ポリエトキシエトキシケトン樹脂）、もしくはセラミックス製のものを使用することができる。また、バネ４３としては、ステンレス、インコネル（登録商標）等の材質のものを使用することができる。また、端子部の構造は、図３に限定されることはなく、端子部４１とバネ４３を組み合わせた、多様な形状のものを使用して構わない。
【００３５】
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熱電対１３により測定する。熱電対１３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１３を使用することが好ましい。また、均熱板２に埋め込まれた先端部に力が掛からないように熱電対１３の途中が支持部７の多層構造部１０に保持されている。この熱電対１３の先端部は、均熱板２に孔が形成され、この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、ガラスまた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を超えると、均熱板２を形成する炭化珪素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。そのため、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。
【００４１】
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。
【００４２】
この絶縁層４を形成するガラスの特性としては、結晶質また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。
【００４３】
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に例えば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る。逆に厚みが１５０μｍを超えると、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。そのため、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。
【００４４】
また、絶縁層４を樹脂により形成する場合、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、ポリアミド樹脂等を用いることが好ましい。
【００４５】
なお、ガラスや樹脂からなる絶縁層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また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、ガラスペーストの場合は６００℃の温度で、樹脂ペーストの場合は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または窒化アルミニウム質焼結体からなる均熱板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。
【００４６】
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（Ｒｅ_２Ｏ_３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ_３）等の導電性の金属酸化物や前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。
【００４７】
ただし、発熱抵抗体５に銀または銅を用いる場合、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保護膜を３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００４８】
図１では、発熱抵抗体５に対し、給電部６において導通端子１１を不図示のスプリングで押しつけて導通を確保するようにしている。給電部６は、発熱抵抗体５の端子部に導電性接着剤を塗布、硬化させることにより形成しても構わない。
【００４９】
また、これまで、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。図２を例にして説明すると、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成できる材料という観点から、ＷもしくはＷＣ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得ることができる。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、ウエハ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。
【００５０】
【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４ｍｍ、外径２３０ｍｍ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を被着するため、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、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Ｐｄ粉末を添加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、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は中心部と外周部を周方向に４分割した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。
【００５１】
また、支持体７は、主面の３０％に開口部１４を形成した厚み２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２枚の多層構造体１０を準備し、この内の１枚に、１２個のガス噴射口１２、熱電対１３、１０本の導通端子１１を所定の位置に形成し、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部９とネジ締めにて固定して支持体７を準備した。
【００５２】
その後、前記支持体７の上に、均熱板２を重ね、その外周部をネジ締めすることによりウエハ加熱装置１とした。
【００５３】
また、同時にガス噴射口１２を形成しないものと、多層構造部１０に３％、５％、１０％、２５％、５０％、７０％、７５％の開口部１４を形成したウエハ加熱装置１を準備した。
【００５４】
そして、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の表面の温度バラツキを±０．５℃となるように調整し、２５０℃に保持した後、１５０℃まで温度が低下安定し、ウエハＷの表面の温度バラツキが±０．５℃となるまでの時間を評価した。ウエハＷの表面の温度バラツキは、ウエハＷの表面に中心と、ウエハ半径Ａに対し１／３Ａと２／３Ａの半径で９０度毎に合計９点の熱電対を設置して、測温した。また、２５０℃保持時のウエハＷの表面の温度バラツキを±０．５℃となるように調整し、２５０℃保持３０分、５０℃保持３０分のサイクルを５００サイクル繰り返した後のウエハＷの表面の温度バラツキを調べた。
【００５５】
それぞれの評価基準としては、ガス噴射口１２を形成しないものの前記冷却時間９０分に対し、冷却時間を４５分以下に半減できるものをＯＫとした。また、サイクルテスト後の温度バラツキが１℃以内であるものをＯＫとした。
【００５６】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００５７】
【表１】

【００５８】
表１から判るように、まず、ガス噴射口１２を形成しないＮｏ．１は、２５０℃から１５０℃に安定するまでに９０分の時間を要した。これに対し、ガス噴出口を設けたＮｏ．２〜１０は、冷却時間を６０％以下に低減することができた。しかしながら、多層構造部１０の開口部１４の開口率が３％であるＮｏ．２は、冷却が不十分で前記冷却時間が５５分となった。これに対し、多層構造部１０の開口部１４の開口率を５％以上としたＮｏ．３〜１０は、前記冷却時間を３０分以内に短縮できた。
【００５９】
一方、サイクルテスト後の温度バラツキの評価については、多層構造部１０の開口部１４の開口率を７５％としたＮｏ．１０は、導通端子１１保持部と均熱板２の温度差による応力による変形や擦れが発生し、導通端子１１の接点の信頼性が低下し、温度分布が大きくなってしまうので好ましくない。
【００６０】
これに対し、多層構造部１０の開口部１４の開口率を５〜７０％にしたものは、均熱板２の冷却時の均熱化を早く達成でき、且つ耐久テスト後の温度バラツキの拡大を防止することができる。
【００６１】
【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、前記均熱板の外周を支持体に保持してなるウエハ加熱装置において、前記支持体の内側に多層構造部を有し、さらに該多層構造部に均熱板を冷却するためのガス噴射口が設置され、前記多層構造部にその面積の５〜７０％の開口部を形成することにより、加熱、冷却時の温度が安定するまでの時間を短縮できるようになった。
【００６２】
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できるようになった。
【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】本発明のウエハ加熱装置の導通端子の断面図である。
【図４】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図５】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図６】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：リフトピン
９：側壁部
１０：多層構造部
１２：ガス噴射口
Ｗ：半導体ウエハ

Claims

セラミックスからなる均熱板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、前記均熱板の外周を支持体に保持してなるウエハ加熱装置において、前記支持体の内側に多層構造部を有し、さらに該多層構造部に前記均熱板を冷却するためのガス噴射口が設置され、前記多層構造部にその面積の５〜７０％の開口部を形成したことを特徴とするウエハ加熱装置。
前記支持体の前記多層構造部のうち前記均熱板側の層に、前記ガス噴射口が設置されていることを特徴とする請求項１に記載のウエハ加熱装置。
前記均熱板の前記給電部に導通端子を、押圧して接触させたことを特徴とする請求項１に記載のウエハ加熱装置。
前記セラミックスが、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請求項１に記載のウエハ加熱装置。