JP4480354B2

JP4480354B2 - Wafer heating device

Info

Publication number: JP4480354B2
Application number: JP2003178675A
Authority: JP
Inventors: 剛加藤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: JP2005019477A

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し、例えば、半導体ウェハや液晶基板あるいは回路基板等のウェハ上に半導体薄膜を生成したり、ウェハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしたり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回当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、ウェハ加熱装置に対して、ウェハの加熱時間の短縮、ウェハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度の精度の向上が要求されていた。
【０００４】
このうち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、窒化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックスからなる板状セラミックス体３２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３３とし、他方の主面には絶縁層３４を介して抵抗発熱体３５および給電部３６が設置され、さらに弾性体３８により導通端子３７が給電部３６に押圧固定された構造のセラミックヒーター３１が用いられていた。そして、板状セラミックス体３２は支持体４１にボルト４７により固定され、さらに板状セラミックス体３２の内部には測温素子４０が挿入され、これにより板状セラミックス体３２の温度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節するシステムとなっていた。また、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。
【０００５】
そして、セラミックヒーター３１の載置面３３には、有底孔４５に挿入された支持ピン４４が設置されており、ウェハＷを載置面３３に載せた際にウェハＷが載置面３３から非接触となるようにしている。そして、該支持ピン４４上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、板状セラミックス体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、板状セラミックス体３２を構成するセラミック材料としては、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックスが用いられていた。
【０００７】
近年、半導体配線の微細化のために用いられるようになってきた化学増幅型レジストの熱処理に於いては、ウェハＷを板状セラミックス体３１の上に差し替えした際に温度が安定するまでの過渡特性、ウェハＷ面内の温度バラツキが、露光後のレジストの化学増幅処理に極めて重要であり、従来に増して、緻密かつ応答性の良い温度制御が必要となってきた。
【０００８】
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したりするためには、定常時のウェハＷの面内温度差を均一にすることが重要である。ウェハＷの面内温度差を小さくするため、抵抗発熱体３５の抵抗分布を調整したり、抵抗発熱体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。
【０００９】
特許文献１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３個の支持ピン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た。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−２２３６４２号広報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すウェハ加熱装置は、ウェハを均一に加熱するために均熱板５２の温度分布を、ウェハＷの反りを利用して調整するようにしているが、均熱板５２に温度分布があることを前提にすると、その温度分布は面内全体に一様でなく、ウェハＷの反りで吸収できるものは極一部に過ぎない。このようにウェハＷと均熱板５２の間の間隔が一定でないと、ウェハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、間隔が小さい部分は均熱板５２の昇温の影響を大きく受けて速やかに温度が高めになり、逆に間隔が大きい部分はウェハＷの温度が遅れ気味に上昇するので、両者の間で温度差が大きくなるという問題があった。最近のレジストにおいては、この温度差が成膜バラツキや、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があった。
【００１２】
また、近年、ウェハＷは大口径化と共に、スループットを高めるためウェハＷの搬送速度が速くなっており、このような搬送のウェハＷはその速度によってウェハ加熱装置に載せられた瞬間にたわんでしまい、ウェハＷの面内温度が変化するとの問題もあった。
【００１３】
特に、近年、細密化が進み、低温側での温度依存性の高いレジストが普及されており、ウェハが均熱板へ載置される直後でウェハＷの温度が室温から設定温度に達するまでのウェハＷ面内の最大温度差が６℃以下と小さいことが望まれている。
【００１４】
【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表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体を形成し、上記板状セラミックス体から突出してウェハを支持する支持ピンと、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔とを備えたウェハ加熱装置において、上記貫通孔は直径が上記板状セラミックス体の直径Ｄの０．２〜０．５倍の同心円上に３個以上配置され、上記支持ピンは上記板状セラミックス体の中心と上記貫通孔の外側とに複数配置され、上記中心と外周側の上記支持ピンとの距離ＤＳがＤ／２の０．５倍を超えてかつ０．９倍以下であり、上記板状セラミックス体の中心と上記貫通孔とを結ぶ直線と、上記中心と上記貫通孔に最も近い上記外周側の支持ピンとを結ぶ直線と、からなる中心角が１０°以内であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、好ましくは、上記中心と上記貫通孔との延長上に上記外周側の支持ピンを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、好ましくは、上記支持ピンの突き出し高さのばらつきは１５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、好ましくは、上記抵抗発熱体が板状セラミックス体の中心部とその外側の複数の環状部に分割され、上記貫通孔を上記抵抗発熱体の中心部および／または内側の環状部に備えたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１（ａ）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、図１（ｂ）はその上面図である。炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とする板状セラミックス体１００からなる円板状をした均熱板２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面にガラス又は樹脂等からなる絶縁層４を介して抵抗発熱体５を形成したものである。
【００２１】
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り、抵抗発熱体５を中心部とそれを囲む複数の環状部から構成すると好ましい。また上記のパターンの線幅や粗密を調整し、抵抗値に分布をつけて均熱性を改善しても良い。
【００２２】
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１１を弾性体２１により押圧して接触させることにより、導通が確保されている。給電端子と電極とは、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。
【００２３】
さらに、均熱板２と支持体７の外周にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９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、均熱板２の温度が変動した場合に支持体７が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを抑制し、ウェハＷの表面に、均熱板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。
【００２４】
さらに、多層構造部１０は複数層からなり、該多層構造部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。これは、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ると同時に、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ためである。
【００２５】
本発明のウェハ加熱装置１は、図１に示すように、板状セラミックス体１００の表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体５を形成し、上記板状セラミックス体１００から突出してウェハＷを支持する支持ピン８と、上記板状セラミックス体１００を貫通する貫通孔２４とを備え、貫通孔２４を通してリフトピン２３は、ウェハＷを支え載置面３の上で上下に移動させることができる。
【００２６】
また、貫通孔２４は板状セラミックス体１００の直径Ｄの０．５倍以下の直径の同心円上に配置され、支持ピン８は板状セラミックス体１００の中心の支持ピン８ａと貫通孔２４の外周側に複数配置した支持ピン８ｂとからなり、板状セラミックス１００の中心と貫通孔２４を結ぶ直線と、上記中心と貫通孔２４に最も近い外周側の支持ピン８ｂとを結ぶ直線と、からなる中心角Δが１０°以内であることが重要である。
【００２７】
同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径Ｄの０．５倍以下であると、貫通孔２４付近の温度ばらつきを抑制でき、ウェハを短時間で均一に加熱することができる。同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径Ｄの０．５倍より大きいと、貫通孔２４が均熱板２の外縁部により近く設置され、外縁部からの熱の放散が大きいことから、貫通孔２４からの熱の放散も大きくなり、均熱板２を均一に加熱するには貫通孔２４の周辺の抵抗発熱体５の発熱量を大きくする必要があり、室温に冷えたウェハＷを載置面３に載せた直後の過渡時に、貫通孔２４周辺の温度が急速に変化し、ウェハＷを均一に加熱できないからである。
【００２８】
また、上記中心と貫通孔２４とを結ぶ直線と、上記中心と貫通孔２４に最も近い外周側の支持ピン８ｂとを結ぶ直線と、からなる中心角Δを１０°以内とすることにより、載置面３から突き出されたリフトピン２３で支持されたウェハＷは、リフトピン２３を降下させることで、載置面３上に近づき、ウェハＷはリフトピン２３ａ、２３ｂ、２３ｃから支持ピン８の上へ滑らかに移送される。
【００２９】
例えば、図２に示すように、ウェハＷの支点がリフトピン２３ａから離れると同時に、支持ピン２３ａに最も近く貫通孔２４ａに最も近い外周側の支持ピン８ｂがウェハＷを支え、ウェハＷは支持ピン８ｂとリフトピン２３ｂ、２３ｃで支えられる。この状態は、支持ピン８ｂと、二つのリフトピン２４ｂ、２４ｃとの距離の差が小さいことから、支点が変わってもウェハＷのバランスが良く、ウェハＷがリフトピン２３から支持ピン８に支点が全て変わっても、支持ピン８に支えられたウェハＷの横ずれや振動が小さく抑えられる。そのため、ウェハＷをリフトピン２３から支持ピン８の上へ移送した直後のウェハＷの面内温度のばらつきを極めて小さく抑えることができることを見出した。尚、貫通孔２４ａに最も近い外周側の支持ピン８ｂについて説明したが、他の貫通孔２４についても同様の効果が得られる。
【００３０】
特に、上記中心と貫通孔２４との延長上に支持ピン８を備えると、ウェハＷの温度ばらつきを更に小さくできることが分かった。
【００３１】
また、上記同心円の直径ＤＰが板状セラミックス体１００の直径Ｄの０．２〜０．５倍であり、上記中心と上記同心円の外側に位置する支持ピン２３との距離ＤＳがＤ／２の０．５倍を超えかつ０．９倍以下であることが好ましい。
【００３２】
その理由は、貫通穴２４の同心円の直径ＤＰが０．２より小さいと、リフトピン２３でウェハＷを上下させる際、重心がウェハＷの中心側に偏るため、ウェハＷの外周部が上下に振れやすくなり、均熱板２へ載置された際、ウェハＷの温度ばらつきＲが大きくなる虞がある。
【００３３】
また、板状セラミックス体１００の中央に支持ピン８がない場合は、ウェハＷの中央がたわんでしまい、温度ばらつきは大きくなる。
【００３４】
また、ウェハＷは０．７ｍｍ程の厚みしかなく、非常にたわみやすいため、距離ＤＳがＤ／２の０．５以下ではウェハＷを支持ピン８に載置した瞬間にウェハＷがたわみ板状セラミックス体１００表面にウェハＷの裏面が触れる虞があり、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞がある。
【００３５】
また、距離ＤＳがＤ／２の０．９より大きいと、支持ピン８を固定する穴が板状セラミックス体１００の外辺近くに配置されるために、外周からの熱引きの影響により、ウェハＷの温度が安定するまでの時間が大きくなり好ましくない。
【００３６】
また、本発明のウェハ加熱装置１の支持ピン８の突出高さｈのバラツキは１５μｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
この突出高さｈは、図３に示すように支持ピン８の先端８ｃが載置面３から突き出ている高さｈである。支持ピン８の突出高さｈのバラツキが１５μｍを超えると、リフトピン２３から支持ピン８によりウェハＷが支持される際、ウェハＷの位置が不安定になり、載置直後ウェハＷの横ズレが大きくなり易い。また、ウェハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、載置面３とのギャップが小さいウェハＷの一部分は均熱板２の昇温の影響を大きく受けて温度は速やかに上昇し、逆に上記ギャップが大きいウェハＷの一部分は温度が遅れて上昇するので、ウェハＷ面内で温度差が大きくなり好ましくない。ゆえに、略同心円上の支持ピン８の突出高さｈのバラツキは、１５μｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
更に、抵抗発熱体５が板状セラミックス体１００の中心部とその外側の複数の環状部に分割され、貫通孔２４が前記抵抗発熱体５の中心部および／または内側の環状部に備えることが好ましい。このような構成とすることで、上記貫通孔２４からの熱引けを抵抗発熱体５からの加熱により補うことができることからウェハＷの面内温度差を小さくすることができる。
【００３９】
次に本発明のその他の構成について説明する。
【００４０】
金属製の支持体７は側壁部９と多層構造部１０を有し、均熱板２はその多層構造部１０に対向する上部を覆うように設置してある。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。また、多層構造部１０には冷却ガスを排出するための開口部１４が施されており、均熱板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を設置してある。
【００４１】
板状セラミックス体２は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、５０Ｗ／（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。
【００４２】
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の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、流体噴射口１２からの冷却流体を吹き付けた際に、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。
【００４３】
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。
【００４４】
また、抵抗発熱体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に導通端子１１をバネ２１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り、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、給電部６と導通端子１１の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、導通端子１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００４５】
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。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。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。
【００４６】
さらに、レジスト膜形成用のウェハ加熱装置１として使用する場合は、板状セラミックス体１００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塗布に用いたとしても、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。
【００４７】
なお、板状セラミックス体１００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（Ａｌ_２Ｏ_３）イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）のような金属酸化物を添加したりして十分混合し、平板状に加工した後、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。
【００４８】
また、板状セラミックス体１００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Ｙ_２Ｏ_３やＹｂ_２Ｏ_３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。
【００４９】
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。
【００５０】
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス体１００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１００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４００μｍを超えると、板状セラミックス体１００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。
【００５１】
また、板状セラミックス体１００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、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。
【００５２】
この絶縁層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、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を構成する板状セラミックス体１００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、熱膨張係数が上記範囲を外れたガラスを用いると、均熱板２を形成する板状セラミックス体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。
【００５３】
なお、ガラスからなる絶縁層４を均熱板２上に被着する手段としては、上記ガラスペーストを均熱板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後、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窒化アルミニウム質焼結体からなる均熱板２を８５０〜１３００℃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。
【００５４】
さらに、絶縁層４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、あるいは上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、上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。
【００５５】
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４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。
【００５６】
給電部６は、抵抗発熱体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。
【００５７】
また、これまで、抵抗発熱体５を均熱板２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、均熱板２に内蔵されていても構わない。
【００５８】
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１００を均熱板２として用いる場合、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１００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得ることが出来る。
【００５９】
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上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。
【００６０】
【実施例】
（実施例１）
熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体からなる板厚４ｍｍ、外径３００ｍｍの円板状の板状セラミックス体を複数製作し、更に板状セラミックス体の直径と同心円上に、均等に３箇所貫通孔とウェハ支持ピン穴を加工する。ウェハ支持ピン穴は板状セラミックス体の中心に１個、中心から板状セラミックス体の直径Ｄに対しＤ／２の０．７倍の半径の同心円上に６個のウェハ支持ピン用の穴を加工した。貫通孔は、直径Ｄ／２に対して、０．２〜０．７の範囲で４種類製造した。
【００６１】
また、外周６個の支持ピンと中心とを結ぶ線と、中心と貫通孔とを結ぶ直線との角度Δを１５°まで変えたものを作製した。
【００６２】
その後、各板状セラミックス体を１０００℃で２時間の酸化処理をして表面に酸化皮膜を形成し、各板状セラミックス体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の絶縁層を形成した。
【００６３】
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の抵抗発熱体を形成した。抵抗発熱体は中心部とその外周部を周方向に４分割した５パターン構成とした。
【００６４】
また、支持体は、主面の３０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのステンレスからなる２枚の板状構造体を準備し、この内の１枚に、１０本の導通端子を所定の位置に形成し、同じくステンレス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。
【００６５】
その後、上記支持体の上に、各抵抗発熱体のパターン形成部の略中央部に該凹部を形成し、測温素子を設置し、無機系の充填剤で保持固定した板状セラミックス体を重ね、その外周部を弾性体を介してネジ締めするウェハ加熱装置とした。また、ウェハ支持ピンの高さは、全条件ともに０．１５ｍｍ、ウェハ支持ピンの高さばらつきは全条件ともに１５μｍのものを作製した。
【００６６】
そして、このようにして得られたウェハ加熱装置の導通端子に通電して１５０℃で保持し、載置面の上に載せたウェハ表面の温度分布をウェハの中心とウェハの半径の１／３および２／３の円周上の８分割点の１６点との合計１７点の温度バラツキが０．３℃以内となるように温度コントローラーの設定温度を各抵抗発熱体毎に補正し、その設定バラツキを確認した。また、ウェハＷを外しウェハ加熱装置のみで６０分以上保持した後、常温に維持されたウェハＷを載置面に載せた瞬間から１５０℃に安定するまでの評価を行った。
【００６７】
先ず、ウェハＷを載置した直後のウェハＷ面内の平均温度が１５０±０．３℃に達成するまでのウェハＷ面内の最大の温度ばらつきＲと、室温からウェハＷ面内の平均温度が１５０±０．３℃に安定するまでの温度安定時間（秒）を各試料それぞれ５回ずつ計測し、その平均値を測定値とした。
【００６８】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００６９】
【表１】

【００７０】
表１の結果から明らかなように、板状セラミックス体の外径の０．５倍より小さい直径の同心円上に３個以上の貫通孔と、板状セラミックス体の中心に支持ピンと、中心と貫通孔を結ぶ直線と中心と貫通孔に最も近い支持ピンを結ぶ直線とからなる中心角Δが１０°以内である試料Ｎｏ．１〜３、５〜９は温度ばらつきＲが５．４℃以下と小さく、温度安定時間は４５秒以下と優れた特性を示すことが分かった。
【００７１】
また、中心角Δが０°である試料Ｎｏ．１、２、３は温度ばらつきＲは４．９℃以下と小さくさらに好ましいことが分かった。
【００７２】
一方、試料Ｎｏ．４のように貫通孔の位置が板状セラミックス体の直径Ｄの０．７倍の同心円上にあるウェハ加熱装置は温度ばらつきＲは７．２℃と大きく、温度安定時間も４９秒と大きく好ましくないことが分かった。
【００７３】
また、試料Ｎｏ．１０，１１のように中心角Δが１０°を超えたウェハ加熱装置は温度ばらつきＲや温度安定時間が８．９℃、５０秒以上と大きくウェハ加熱装置として使用できなかった。
【００７４】
（実施例２）
実施例１と同様の工程で支持ピンの位置する同心円の半径ＤＳ／（Ｄ／２）を０．４〜０．９５の範囲で変え、貫通孔の位置ＤＰ／Ｄを０．１〜０．７に変えたウェハ加熱装置を作製した。そして、実施例１と同様に評価した。
【００７５】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００７６】
【表２】

【００７７】
表２から判るように、貫通孔の位置を示す同心円ＤＰの直径が板状セラミックス体の直径Ｄの０．２〜０．５倍であり、中心と同心円の外側に位置する支持ピンとの距離ＤＳがＤ／２の０．５倍を超えてかつ０．９倍以下である試料Ｎｏ．２２〜２４、２７〜３０は、温度ばらつきＲが４．５℃以下と小さく温度安定時間も４２秒以下と小さく更に優れて特性を示すことが分かった。
【００７８】
一方、貫通孔の位置を示すＤＰ／Ｄが０．１である試料Ｎｏ．２１は温度ばらつきＲが６℃とやや大きかった。
【００７９】
また、ＤＰ／Ｄが０．７である試料Ｎｏ．２５は温度ばらつきＲが５．５℃とやや大きかった。
【００８０】
また、支持ピンの位置を示す、ＤＳ／（Ｄ／２）が０．４や０．９５である試料Ｎｏ．２６、３１は温度ばらつきがそれぞれ６．０℃、５．８℃とやや大きかった。
【００８１】
（実施例３）
実施例１と同様に均熱板を作製し、支持ピンの高さばらつきを変えて実施例１と同様に評価した。
【００８２】
それぞれの結果を表３に示す。
【００８３】
【表３】

【００８４】
支持ピンの高さばらつきが２０μｍの試料Ｎｏ．５５はウェハの温度ばらつきＲが７℃とやや大きいが、支持ピンの高さばらつきが１５μｍ以下の試料Ｎｏ．１〜４は、リフトピンからウェハ支持ピンへウェハＷを移動させても（ウェハ温度１００℃以下）温度ばらつきＲが３．８℃以下と小さく、温度安定時間も３９秒以下と小さく好ましいことが分かった。
【００８５】
【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表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体を形成し、上記板状セラミックス体から突出してウェハを支持する支持ピンと、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔とを備えたウェハ加熱装置において、板状セラミックス体の直径の０．２〜０．５倍の直径を有する同心円上に３個以上の貫通孔を備え、中心と外周側の支持ピンとの距離ＤＳをＤ／２の０．５倍を超えてかつ０．９倍以下とし、支持ピンは板状セラミックス体の中心と外周側とに配置し、板状セラミックス体の中心と貫通孔とを結ぶ直線と中心と貫通孔に最も近い支持ピンとを結ぶ直線とからなる中心角を１０°以内とすることにより、ウェハが均熱板に載置された直後の温度ばらつきを小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図、（ｂ）は本発明のウェハ加熱装置の一例を示す平面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置の一例を示す平面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置におけるウェハ支持ピンの高さを示す断面図である。
【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：抵抗発熱体
６：給電部
７：支持体
８：支持ピン
９：側壁部
１０：多層構造部
１１：導通端子
１２：ガス噴射口
１３：熱電対
１４：開口部
１５：接続部材
１６：ボルト
１７：断熱部
１８：弾性体
１９：座金
２０：ナット
２１：弾性体
２３：リフトピン
２４：貫通孔
２５：ガイド部材
Ｗ：半導体ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention mainly heats the wafer.ForRelated to wafer heating equipmentShiFor example, a semiconductor thin film is formed on a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate, or a circuit board.TheThe resist solution applied on the wafer is dried and baked.StoryTherefore, it is suitable for forming a resist film.
[0002]
[Prior art]
For example, a wafer heating apparatus is used to heat a semiconductor wafer (hereinafter abbreviated as a wafer) 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. Yes.
[0003]
  Conventional semiconductor manufacturing equipment used batch-type processing that forms a plurality of wafers together. To increase processing accuracy as the wafer size increases from 8 inches to 12 inches, ,one sheetZIn recent years, a method called single wafer processing has been implemented. However, if the single wafer type is used, the number of processes per process is reduced, so that it is necessary to shorten the wafer processing time. For this reason, the wafer heating apparatus is required to shorten the heating time of the wafer, speed up the wafer adsorption / desorption, and improve the accuracy of the heating temperature.
[0004]
  Among these, in forming the resist film on the wafer, one main surface of a plate-like ceramic body 32 made of ceramics such as aluminum nitride or silicon carbide as shown in FIG. A ceramic heater 31 having a structure in which a resistance heating element 35 and a power feeding part 36 are installed on the other main surface through an insulating layer 34 and a conduction terminal 37 is pressed and fixed to the power feeding part 36 by an elastic body 38 is used. It was done. And, BoardThe plate-like ceramic body 32 is fixed to the support body 41 with bolts 47, and a temperature measuring element 40 is inserted into the plate-like ceramic body 32, so that the temperature of the plate-like ceramic body 32 is maintained at a predetermined temperature. In this system, the electric power supplied from the conduction terminal 37 to the resistance heating element 35 is adjusted. Further, the conduction terminal 37 is fixed to the plate-like structure portion 43 via an insulating material 39.
[0005]
The support surface 44 inserted into the bottomed hole 45 is provided on the mounting surface 33 of the ceramic heater 31. When the wafer W is mounted on the mounting surface 33, the wafer W moves from the mounting surface 33. It is designed to be non-contact. Then, after the wafer W coated with the resist solution is placed on the support pins 44, the resistance heating element 35 is heated to heat the wafer W on the placement surface 33 via the plate-like ceramic body 32. The resist solution is dried and baked to form a resist film on the wafer W.
[0006]
Further, as the ceramic material constituting the plate-like ceramic body 32, nitride ceramics or carbide ceramics have been used.
[0007]
  recent years,Miniaturization of semiconductor wiringForIn the heat treatment of the chemically amplified resist that has come to be used for the above, the transient characteristics until the temperature stabilizes when the wafer W is replaced on the plate-like ceramic body 31, and the temperature variation in the wafer W surface. However, it is extremely important for the chemical amplification treatment of resist after exposure, and more precise and responsive temperature control is required than before..
[0008]
  In such a wafer heating apparatus 31, a uniform film is formed on the entire surface of the wafer W, or the heating reaction state of the resist film is made uniform.OrIn order to achieve this, it is important to make the in-plane temperature difference of the wafer W in a steady state uniform. In order to reduce the in-plane temperature difference of the wafer W,Resistance heatingAdjust the resistance distribution of the body 35,Resistance heatingWhen connecting the structure part which carries out the division | segmentation control of the temperature of the body 35, or generate | occur | produces heat drawing, the proposal of increasing the emitted-heat amount of the connection part was made.
[0009]
In Patent Document 1, as shown in FIG. 5, three support pins 51 are provided to lift and support the wafer from the mounting surface 53 of the heat equalizing plate 52, and the wafer W is adjusted by adjusting this position. It has been shown that the distance between the mounting surface 53 and the temperature of the wafer W can be made uniform by generating the warp.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-223642
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the wafer heating apparatus shown in FIG. 5 adjusts the temperature distribution of the soaking plate 52 using the warpage of the wafer W in order to uniformly heat the wafer. Assuming that there is a distribution, the temperature distribution is not uniform throughout the surface, and only a very small portion can be absorbed by the warp of the wafer W. As described above, if the distance between the wafer W and the soaking plate 52 is not constant, the temperature rises when the wafer W is transferred.,whileThe portion where the gap is small is greatly affected by the temperature rise of the heat equalizing plate 52, and the temperature quickly rises.BetweenSince the temperature of the wafer W rises in a delayed manner at a portion where the gap is large, there is a problem that the temperature difference between the two becomes large. In recent resists, there is a problem that this temperature difference causes variations in film formation and makes the reaction state of the resist film non-uniform.
[0012]
Further, in recent years, the wafer W has a large diameter, and the transfer speed of the wafer W has been increased in order to increase the throughput, and the wafer W thus transferred is bent at the moment when it is placed on the wafer heating apparatus. There is also a problem that the in-plane temperature of the wafer W changes.
[0013]
In particular, in recent years, with the progress of miniaturization, resists with high temperature dependence on the low temperature side have become widespread, and until the temperature of the wafer W reaches the set temperature from room temperature immediately after the wafer is placed on the soaking plate. It is desired that the maximum temperature difference in the wafer W plane is as small as 6 ° C. or less.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The wafer heating apparatus of the present invention isA wafer comprising a plurality of strip-like resistance heating elements formed on the surface or inside of a plate-like ceramic body, a support pin that protrudes from the plate-like ceramic body and supports the wafer, and a through hole that penetrates the plate-like ceramic body In the heating device, the through hole isDiameterOf the above plate-shaped ceramic bodystraightDiameterDof0.2 ~0.5 timesofConcentrically3 or moreArrangementIsThe support pin is located at the center of the plate-like ceramic body and outside the through hole.WhenMultiple placement inThe distance DS between the center and the support pin on the outer peripheral side is more than 0.5 times D / 2 and not more than 0.9 times.The center of the plate-like ceramic body and the through holeWhenStraight line connecting,With the above centerUpThe outer peripheral support pin closest to the through holeWhenStraight line connecting,The central angle consisting of is within 10 °Is a thing.
[0015]
  Also,Preferably,On the extension of the center and the through hole, the outer peripheral support pinTheIt is characterized by providing.
[0017]
  Also,Preferably aboveThe variation in the protruding height of the support pin is 15 μm or less.
[0018]
  Also,Preferably aboveThe resistance heating element is divided into a central part of the plate-like ceramic body and a plurality of annular parts outside thereof,UpThrough holeUpThe resistance heating element is provided in the central portion and / or the inner annular portion.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0020]
FIG. 1A is a sectional view showing an example of a wafer heating apparatus 1 according to the present invention, and FIG. 1B is a top view thereof. One main surface of the plate-shaped heat equalizing plate 2 made of the plate-like ceramic body 100 mainly composed of silicon carbide or aluminum nitride is used as the mounting surface 3 on which the wafer W is placed, and the other main surface is mounted on the other main surface. A resistance heating element 5 is formed through an insulating layer 4 made of glass or resin.
[0021]
  The pattern shape of the resistance heating element 5 may be any pattern shape that can heat the mounting surface 3 uniformly, such as a substantially concentric circle shape or a spiral shape. In order to improve the thermal uniformity, the resistance heating element 5 can be divided into a plurality of patterns. The resistance heating element 5 is preferably composed of a central portion and a plurality of annular portions surrounding it. AlsoUpIt is also possible to improve the thermal uniformity by adjusting the line width and density of the above pattern and providing a distribution of resistance values.
[0022]
The resistance heating element 5 is formed with a power feeding portion 6 made of a material such as gold, silver, palladium, platinum or the like, and the conduction terminal 11 is pressed and brought into contact with the power feeding portion 6 by the elastic body 21 to ensure conduction. Has been. A method such as soldering or brazing may be used as long as the power supply terminal and the electrode can be electrically connected.
[0023]
Further, the bolts 16 are passed through the outer periphery of the heat equalizing plate 2 and the support 7, and a heat insulating portion 17 is interposed so that the heat equalizing plate 2 and the support 7 do not directly contact each other. The nut 20 is screwed through the washer 19 so as to be elastically fixed. Thereby, even if the support 7 is deformed when the temperature of the soaking plate 2 fluctuates, this is absorbed by the elastic body 18, thereby suppressing the warp of the soaking plate 2, and on the surface of the wafer W. In addition, it is possible to prevent the temperature variation due to the warp of the soaking plate 2 from occurring.
[0024]
Furthermore, the multilayer structure portion 10 is composed of a plurality of layers, and the uppermost layer of the multilayer structure portion 10 is preferably installed at a distance of 5 to 15 mm from the soaking plate 2. This is because heat equalization is facilitated by the radiant heat between the heat equalizing plate 2 and the multilayer structure 10 and, at the same time, there is a heat insulating effect with other layers, so that the time until the heat equalizing is shortened.
[0025]
As shown in FIG. 1, the wafer heating apparatus 1 of the present invention forms a plurality of strip-like resistance heating elements 5 on the surface or inside of a plate-like ceramic body 100 and protrudes from the plate-like ceramic body 100 to form a wafer W. The support pins 8 to be supported and the through holes 24 penetrating the plate-like ceramic body 100 are provided, and the lift pins 23 can move the wafer W up and down on the mounting surface 3 through the through holes 24.
[0026]
  Also, NukiThrough hole 24Is a plateOf the ceramic body 100straight0.5 times diameter DbelowArranged on a concentric circle of diameterAnd supportHolding pin 8Is a plateSupport pin 8a at the center of the ceramic body 100AndA plurality of support pins 8b arranged on the outer peripheral side of the through hole 24WhenConsist of, BoardOf ceramic 100AndStraight line connecting through hole 24 and the centerAndClosest to through hole 24OutsidePeripheral support pin 8bWhenStraight line connecting,The central angle Δ consisting ofis important.
[0027]
sameThe diameter DP of the center circle is 0.5 times the diameter D of the soaking plate 2IsAnd the temperature variation near the through hole 24 can be suppressed, and the wafer can be heated uniformly in a short time.. sameThe diameter DP of the center circle is 0.5 times the diameter D of the soaking plate 2Greater thanSince the through hole 24 is installed closer to the outer edge portion of the heat equalizing plate 2 and the heat dissipation from the outer edge portion is larger, the heat dissipation from the through hole 24 also becomes larger, and the heat equalizing plate 2 is heated uniformly. In order to achieve this, it is necessary to increase the amount of heat generated by the resistance heating element 5 around the through-hole 24, and the temperature around the through-hole 24 rapidly increases during a transition immediately after the wafer W cooled to room temperature is placed on the mounting surface 3. This is because the wafer W cannot be uniformly heated.
[0028]
  The center and the through hole 24WhenStraight line connecting,Above centerAndClosest to through hole 24OutsidePeripheral support pin 8bWhenStraight line connecting,A central angle Δ consisting ofTheBy setting the angle within 10 °, the wafer W supported by the lift pins 23 protruding from the placement surface 3 approaches the placement surface 3 by lowering the lift pins 23, and the wafer W is lift pins 23a, 23b, It is smoothly transferred onto the support pin 8 from 23c.
[0029]
For example, as shown in FIG. 2, at the same time as the fulcrum of the wafer W moves away from the lift pins 23a, the outer peripheral support pins 8b closest to the support pins 23a and closest to the through holes 24a support the wafer W. 8b and lift pins 23b and 23c. In this state, since the difference in distance between the support pins 8b and the two lift pins 24b and 24c is small, the balance of the wafer W is good even if the fulcrum changes, and the wafer W is fully supported by the support pins 8 from the lift pins 23. Even if it changes, the lateral shift and vibration of the wafer W supported by the support pins 8 can be suppressed to a small level. Therefore, it has been found that the variation in the in-plane temperature of the wafer W immediately after the wafer W is transferred from the lift pins 23 onto the support pins 8 can be suppressed to an extremely small level. Although the support pin 8b on the outer peripheral side closest to the through hole 24a has been described, the same effect can be obtained for the other through holes 24.
[0030]
  In particular, the centerAndOn extension with through-hole 24SupportIt has been found that if the holding pins 8 are provided, the temperature variation of the wafer W can be further reduced.
[0031]
  The diameter DP of the concentric circlesBoard0.2 to 0.5 times the diameter D of the ceramic body 100, and the distance DS between the center and the support pin 23 located outside the concentric circle is 0.5 times D / 2.SupereOrIt is preferably 0.9 times or less.
[0032]
The reason is that if the diameter DP of the concentric circle of the through hole 24 is smaller than 0.2, the center of gravity is biased toward the center of the wafer W when the wafer W is moved up and down by the lift pins 23, so the outer peripheral portion of the wafer W swings up and down. The temperature variation R of the wafer W may be increased when it is placed on the soaking plate 2.
[0033]
Further, when the support pin 8 is not provided at the center of the plate-like ceramic body 100, the center of the wafer W is bent and the temperature variation becomes large.
[0034]
  Further, since the wafer W has a thickness of only about 0.7 mm and is very easy to bend, when the distance DS is 0.5 or less of D / 2, the wafer W is bent like a plate at the moment when the wafer W is placed on the support pins 8. The back surface of the wafer W touches the surface of the ceramic body 100.fearThere is a concern that the in-plane temperature difference of the wafer W may increase.
[0035]
If the distance DS is larger than 0.9, which is D / 2, the holes for fixing the support pins 8 are arranged near the outer side of the plate-like ceramic body 100. The time until the temperature of W becomes stable is undesirably large.
[0036]
Moreover, it is preferable that the variation in the protrusion height h of the support pins 8 of the wafer heating apparatus 1 of the present invention is 15 μm or less.
[0037]
  This protrusion height h is a height h at which the tip 8c of the support pin 8 protrudes from the placement surface 3 as shown in FIG. Variation in protrusion height h of support pin 8 is 15 μmSuperIn other words, when the wafer W is supported by the support pins 8 from the lift pins 23, the position of the wafer W becomes unstable, and the lateral displacement of the wafer W immediately after placement tends to increase. Further, at the time of temperature rise transient when the wafer W is replaced, a part of the wafer W having a small gap with the placement surface 3 is greatly affected by the temperature rise of the soaking plate 2, and the temperature rises quickly, and vice versa. InUpSince the temperature of a part of the wafer W having a large gap rises with a delay, the temperature difference in the wafer W surface becomes large, which is not preferable. Therefore, the variation in the protrusion height h of the support pin 8 on the substantially concentric circle is preferably 15 μm or less.
[0038]
Furthermore, the resistance heating element 5 is divided into a central portion of the plate-like ceramic body 100 and a plurality of annular portions outside thereof, and the through holes 24 are provided in the central portion and / or the inner annular portion of the resistance heating element 5. preferable. By adopting such a configuration, the heat shrinkage from the through hole 24 can be compensated by heating from the resistance heating element 5, so that the in-plane temperature difference of the wafer W can be reduced.
[0039]
Next, another configuration of the present invention will be described.
[0040]
The metal support 7 has a side wall portion 9 and a multilayer structure portion 10, and the soaking plate 2 is installed so as to cover an upper portion facing the multilayer structure portion 10. Since the support 7 is provided with the multilayer structure portion 10, the multilayer structure portion 10 close to the soaking plate 2 can be used as a heat radiation plate of the soaking plate 2, so that the soaking plate 2 can be effectively used in a short time. Soaking can be performed. Further, the multilayer structure portion 10 is provided with an opening 14 for discharging cooling gas, and a conduction terminal 11 for conducting electricity to the power supply portion 6 for supplying power to the resistance heating element 5 of the soaking plate 2. A gas injection port 12 for cooling the soaking plate 2 and a thermocouple 13 for measuring the temperature of the soaking plate 2 are installed.
[0041]
Since the plate-like ceramic body 2 is formed of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body, even when heat is applied, deformation is small and the plate thickness can be reduced, so that the plate ceramic body 2 is heated to a predetermined processing temperature. Temperature rise time and cooling time from the predetermined treatment temperature to cooling to room temperature can be shortened, productivity can be improved, and the thermal conductivity is 50 W / (m · K) or more. Therefore, the Joule heat of the resistance heating element 5 can be transmitted quickly even with a thin plate thickness, and the temperature variation of the mounting surface 3 can be extremely reduced.
[0042]
  The thickness of the soaking plate 2 is preferably 2 to 7 mm. If the thickness of the heat equalizing plate 2 is less than 2 mm, the strength of the heat equalizing plate 2 is lost, and when the cooling fluid from the fluid injection port 12 is sprayed during heating due to the heat generated by the resistance heating element 5, It cannot endure, and a crack occurs in the soaking plate 2. The thickness of the soaking plate 2 is 7 mm.SuperIn other words, since the heat capacity of the soaking plate 2 is increased, it takes a long time until the temperature during heating and cooling is stabilized, which is not preferable.
[0043]
As described above, when the heat capacity of the soaking plate 2 is reduced, the temperature distribution of the soaking plate 2 is deteriorated due to the heat drawn from the support 7. Therefore, the support 7 has a structure for holding the soaking plate 2 at the outer periphery thereof.
[0044]
As for the method of supplying power to the resistance heating element 5, the connection is ensured by pressing the conductive terminal 11 with the spring 21 against the power supply part 6 formed on the surface of the soaking plate 2 with the conductive terminal 11 installed on the support 7. Then feed power. This is because when the terminal portion made of metal is embedded in the soaking plate 2 having a thickness of 2 to 7 mm, the soaking property deteriorates due to the heat capacity of the terminal portion, and the conductive terminal 11 is pressed by a spring. By ensuring the electrical connection, the thermal stress due to the temperature difference between the soaking plate 2 and the support 7 can be relaxed, and the electrical conduction can be maintained with high reliability. Furthermore, an elastic conductor may be inserted as an intermediate layer in order to prevent the contact point between the power feeding unit 6 and the conduction terminal 11 from being a point contact. This intermediate layer is effective by simply inserting a foil-like sheet. And it is preferable that the diameter by the side of the electric power feeding part 6 of the conduction | electrical_connection terminal 11 shall be 1.5-5 mm.
[0045]
Further, the temperature of the soaking plate 2 is measured by a thermocouple 13 whose tip is embedded in the soaking plate 2. As the thermocouple 13, it is preferable to use a sheath type thermocouple 13 having an outer diameter of 1.0 mm or less from the viewpoint of responsiveness and workability of holding. The tip of the thermocouple 13 is formed with a hole in the soaking plate 2, and is pressed and fixed to the inner wall surface of a cylindrical metal body installed therein by a spring material to improve the reliability of temperature measurement. Therefore, it is preferable. Similarly, it is also possible to perform temperature measurement by embedding a temperature measuring resistor such as a thermocouple of a wire or Pt.
[0046]
Furthermore, when used as the wafer heating apparatus 1 for forming a resist film, if the main component of the plate-like ceramic body 100 is silicon carbide, it does not react with moisture in the atmosphere and does not generate gas, so that the wafer Even if it is used for applying a resist film on W, fine wirings can be formed with high density without adversely affecting the structure of the resist film. At this time, it is necessary that the sintering aid does not contain nitrides that may react with water to form ammonia or amines.
[0047]
  In the silicon carbide sintered body forming the plate-like ceramic body 100, boron (B) and carbon (C) are added as sintering aids to the main component silicon carbide, or alumina (Al₂O₃) Yttria (Y₂O₃Add metal oxides likeOrMixed well and processed into a flat plate shaperear, And obtained by firing at 1900 to 2100 ° C. Silicon carbide may be either mainly α-type or β-type.
[0048]
Further, the aluminum nitride sintered body forming the plate-like ceramic body 100 is used as a sintering aid for the main component aluminum nitride.₂O₃And Yb₂O₃It is obtained by adding a rare earth element oxide such as CaO and an alkaline earth metal oxide such as CaO as necessary and mixing them well, processing into a flat plate shape, and then firing at 1900 to 2100 ° C. in nitrogen gas.
[0049]
Furthermore, the main surface opposite to the mounting surface 3 of the heat equalizing plate 2 has a flatness of 20 μm or less and a surface roughness with a center line average roughness from the viewpoint of improving the adhesion to the insulating layer 4 made of glass or resin. It is preferable that (Ra) be polished to 0.1 μm to 0.5 μm.
[0050]
  On the other hand, when the silicon carbide sintered body is used as the plate-like ceramic body 100, the insulating layer 4 for maintaining insulation between the plate-like ceramic body 100 having semiconductivity and the resistance heating element 5 is made of glass or resin. In the case of using glass, if the thickness is less than 100 μm, the withstand voltage is less than 1.5 kV and the insulation cannot be maintained, and conversely the thickness is 400 μm.SuperIn other words, since the thermal expansion difference between the silicon carbide sintered body and the aluminum nitride sintered body forming the plate-like ceramic body 100 becomes too large, cracks are generated and the insulating layer 4 does not function. ThatForWhen glass is used as the insulating layer 4, the thickness of the insulating layer 4 is preferably formed in the range of 100 to 400 μm, and desirably in the range of 200 μm to 350 μm.
[0051]
In the case where the plate-like ceramic body 100 is formed of a sintered body mainly composed of aluminum nitride, the insulating layer 4 made of glass is used to improve the adhesion of the resistance heating element 5 to the soaking plate 2. Form. However, when sufficient glass is added in the resistance heating element 5 and sufficient adhesion strength can be obtained by this, it can be omitted.
[0052]
  The glass forming the insulating layer 4 may be crystalline or amorphous, and has a heat expansion coefficient of 200 ° C. or higher and a thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C. to 200 ° C. -5 to + 5 × 10 with respect to the thermal expansion coefficient of the plate-like ceramic body 100 constituting^-7It is preferable to select and use one in the range of / ° C. That is, the coefficient of thermal expansion isUpIf glass outside the above range is used, the difference in thermal expansion from the plate-like ceramic body forming the soaking plate 2 becomes too large, so that defects such as cracks and peeling are likely to occur during cooling after baking the glass. It is.
[0053]
  In addition, as means for depositing the insulating layer 4 made of glass on the soaking plate 2,UpAppropriate amount of the glass paste is dropped on the center of the soaking plate 2 and spread and applied uniformly by spin coating, or evenly applied by screen printing, dipping, spray coating, etc.rearThe glass paste may be baked at a temperature of 600 ° C. or higher. When glass is used as the insulating layer 4, the soaking plate 2 made of a silicon carbide sintered body or an aluminum nitride sintered body is heated to a temperature of about 850 to 1300 ° C. in advance, and the insulating layer 4 is deposited. By oxidizing the surface, the adhesion with the insulating layer 4 made of glass can be enhanced.
[0054]
  Further, as a material for the resistance heating element 5 to be deposited on the insulating layer 4, a simple metal such as gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd), or the like can be formed by vapor deposition or plating. Apply directly orUpMetal simple substance and rhenium oxide (Re₂O₃), Lanthanum manganate (LaMnO)₃) And other conductive metal oxides or a paste in which the above metal material is dispersed in a resin paste or glass paste, printed in a predetermined pattern shape by screen printing or the like, and baked.UpThe conductive material may be bonded with a matrix made of resin or glass. When glass is used as the matrix, either crystallized glass or amorphous glass may be used, but crystallized glass is preferably used in order to suppress a change in resistance value due to thermal cycling.
[0055]
  However, when silver (Ag) or copper (Cu) is used for the resistance heating element 5 material, migration occurs.fearTherefore, in such a case, a coat layer made of the same material as the insulating layer 4 may be coated with a thickness of about 40 to 400 μm so as to cover the resistance heating element 5.
[0056]
The power feeding unit 6 may be formed by applying and curing a conductive adhesive on the terminal portion of the resistance heating element 5.
[0057]
In addition, the wafer heating apparatus 1 of the type that forms the resistance heating element 5 on the surface of the soaking plate 2 has been described so far. However, the resistance heating element 5 may be incorporated in the soaking plate 2.
[0058]
For example, when the plate-shaped ceramic body 100 whose main component is made of aluminum nitride is used as the soaking plate 2, first, W or WC is used as the material of the resistance heating element 5 from the viewpoint of a material that can be fired simultaneously with aluminum nitride. The plate-like ceramic body 100 is formed into a disk shape after sufficiently mixing raw materials containing aluminum nitride as a main component and appropriately containing a sintering aid, and a paste made of W or WC is formed on the surface of the pattern shape of the resistance heating element 5. It can be obtained by firing at a temperature of 1900 to 2100 ° C. in a nitrogen gas after being printed on and another aluminum nitride molded body is stacked and adhered thereto.
[0059]
  Conduction from the resistance heating element 5 may be achieved by forming a through hole in the aluminum nitride base material, filling a paste made of W or WC, and then firing the electrode so that the electrode is drawn to the surface. Further, when the heating temperature of the wafer W is high, the power feeding unit 6 is made of a paste mainly composed of a noble metal such as Au or Ag.UpBy coating on the through hole and baking at 900 to 1000 ° C., oxidation of the internal resistance heating element 5 can be prevented.
[0060]
【Example】
  Example 1
  A plurality of disk-shaped plate-shaped ceramic bodies having a plate thickness of 4 mm and an outer diameter of 300 mm made of a silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 100 W / (m · K) are manufactured, and further concentric with the diameter of the plate-shaped ceramic body. On top, three through holes and wafer support pin holes are processed evenly. Wafer support pin hole is 1 in the center of the plate-shaped ceramic bodyPieces6 from the center to a concentric circle having a radius 0.7 times D / 2 with respect to the diameter D of the plate-like ceramic body.PiecesThe holes for the wafer support pins were processed. Four types of through-holes were manufactured in the range of 0.2 to 0.7 with respect to the diameter D / 2.
[0061]
  In addition, outer periphery 6PiecesThe angle Δ between the line connecting the support pin and the center and the straight line connecting the center and the through hole was changed to 15 °.
[0062]
  Thereafter, each plate-like ceramic body is oxidized at 1000 ° C. for 2 hours.TheIn order to form an oxide film on the surface and to deposit an insulating layer on one main surface of each plate-like ceramic body, the glass powder was prepared by kneading ethyl cellulose as a binder and terpineol as an organic solvent. A glass paste is laid by screen printing, heated to 150 ° C. to dry the organic solvent, degreased at 550 ° C. for 30 minutes, and further baked at a temperature of 700 to 900 ° C. An insulating layer having a thickness of 200 μm was formed.
[0063]
Next, in order to deposit a resistance heating element on the insulating layer, a glass paste to which Au powder and Pt powder are added as a conductive material is printed in a predetermined pattern shape by a screen printing method, and then heated to 150 ° C. to be organic. The solvent was dried, degreased at 550 ° C. for 30 minutes, and baked at a temperature of 700 to 900 ° C. to form a resistance heating element having a thickness of 50 μm. The resistance heating element has a five-pattern configuration in which a central portion and an outer peripheral portion thereof are divided into four in the circumferential direction.
[0064]
In addition, as the support, two plate-like structures made of stainless steel with a thickness of 2.5 mm having an opening formed on 30% of the main surface are prepared, and ten conductive terminals are predetermined on one of these plates. A support body was prepared by fixing to a side wall portion made of stainless steel by screw tightening.
[0065]
  afterwards,UpOn the support, the concave portion is formed at a substantially central portion of the pattern forming portion of each resistance heating element, a temperature measuring element is installed, and a plate-like ceramic body held and fixed with an inorganic filler is stacked. A wafer heating apparatus for screwing the outer peripheral portion through an elastic body was obtained. The height of the wafer support pins was 0.15 mm under all conditions, and the wafer support pin height variations were 15 μm under all conditions.
[0066]
The conduction terminals of the wafer heating apparatus thus obtained are energized and held at 150 ° C., and the temperature distribution on the wafer surface placed on the mounting surface is 1/3 of the wafer center and the wafer radius. And the temperature controller setting temperature is corrected for each resistance heating element so that the temperature variation of 17 points in total with 16 points of 8 divided points on the circumference of 2/3 is within 0.3 ° C, and setting The variation was confirmed. Further, after removing the wafer W and holding it for 60 minutes or more only with the wafer heating apparatus, evaluation was performed from the moment when the wafer W maintained at room temperature was placed on the placement surface until it was stabilized at 150 ° C.
[0067]
  First, the maximum temperature variation R in the wafer W surface until the average temperature in the wafer W surface immediately after placing the wafer W reaches 150 ± 0.3 ° C., and the average temperature in the wafer W surface from room temperature. Temperature stabilization time (seconds) until the temperature stabilizes at 150 ± 0.3 ° C for each sample 5 timesZThe average value was taken as the measured value.
[0068]
Each result is as shown in Table 1.
[0069]
[Table 1]

[0070]
As is apparent from the results in Table 1, 3 on a concentric circle having a diameter smaller than 0.5 times the outer diameter of the plate-like ceramic body.Piecesmore thanContinuityThrough hole, BoardOf the ceramic bodySupportWith holding pin,DuringheartAndStraight line connecting through holesAnd insideheartAndNearest through holeSupportSample No. No. 10 having a central angle Δ of 10 ° or less formed by a straight line connecting the holding pins 1 to 3 and 5 to 9 showed that the temperature variation R was as small as 5.4 ° C. or less, and the temperature stabilization time was 45 seconds or less, indicating excellent characteristics.
[0071]
Sample No. with a central angle Δ of 0 ° was used. 1, 2, and 3 show that the temperature variation R is as small as 4.9 ° C. or less, which is more preferable.
[0072]
On the other hand, sample No. As shown in FIG. 4, the wafer heating apparatus in which the position of the through hole is on a concentric circle of 0.7 times the diameter D of the plate-like ceramic body has a large temperature variation R of 7.2 ° C. and a temperature stabilization time of 49 seconds, I found that there was no.
[0073]
Sample No. A wafer heating apparatus having a central angle Δ exceeding 10 ° such as 10 and 11 cannot be used as a wafer heating apparatus due to temperature variation R and temperature stabilization time of 8.9 ° C. and 50 seconds or more.
[0074]
(Example 2)
The radius DS / (D / 2) of the concentric circle where the support pin is located is changed in the range of 0.4 to 0.95 in the same process as in Example 1, and the position DP / D of the through hole is set to 0.1 to 0.3. A wafer heating apparatus changed to 7 was produced. And it evaluated similarly to Example 1. FIG.
[0075]
Each result is as shown in Table 2.
[0076]
[Table 2]

[0077]
As can be seen from Table 2, the diameter of the concentric circle DP indicating the position of the through holeBoard0.2 to 0.5 times the diameter D of the ceramic body,DuringheartSame asThe distance DS to the support pin located outside the center circle is 0.5 times D / 2.SuperYeahOrSample no. It was found that 22 to 24 and 27 to 30 had a temperature variation R as small as 4.5 ° C. or less and a temperature stabilization time as small as 42 seconds or less, and showed further excellent characteristics.
[0078]
On the other hand, Sample No. with DP / D indicating the position of the through hole is 0.1. 21 had a slightly large temperature variation R of 6 ° C.
[0079]
Sample No. with DP / D of 0.7 is also shown. 25 had a slightly large temperature variation R of 5.5 ° C.
[0080]
Further, the sample No. indicating DS / (D / 2) of 0.4 or 0.95 indicating the position of the support pin. 26 and 31 had somewhat large temperature variations of 6.0 ° C. and 5.8 ° C., respectively.
[0081]
(Example 3)
A soaking plate was prepared in the same manner as in Example 1, and the evaluation was performed in the same manner as in Example 1 by changing the height variation of the support pins.
[0082]
Each result is shown in Table 3.
[0083]
[Table 3]

[0084]
Sample No. with a support pin height variation of 20 μm Sample No. 55 has a wafer temperature variation R of 7 ° C., but the support pin height variation is 15 μm or less. Nos. 1 to 4 show that even if the wafer W is moved from the lift pins to the wafer support pins (wafer temperature of 100 ° C. or less), the temperature variation R is as small as 3.8 ° C. or less, and the temperature stabilization time is preferably as small as 39 seconds or less. It was.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of strip-like resistance heating elements are formed on the surface or inside of a plate-like ceramic body, projecting from the plate-like ceramic body, and supporting the wafer, and the plate-like ceramic In a wafer heating apparatus provided with a through-hole penetrating the body, BoardOf ceramic bodystraightDiameter0.2-0.5 times3 on a concentric circle with a diameter ofPiecesWith more through holesThe distance DS between the center and the outer support pin is more than 0.5 times D / 2 and less than 0.9 times,BranchThe holding pins are arranged at the center and the outer peripheral side of the plate-shaped ceramic body., BoardOf the ceramic bodyAndThrough holeWhenStraight line connectingAnd insideheartAndNearest through holeSupportHolding pinWhenBy setting the central angle formed by the straight line connecting the two to 10 ° or less, the temperature variation immediately after the wafer is placed on the soaking plate can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a sectional view showing an example of a wafer heating apparatus of the present invention, and FIG. 1B is a plan view showing an example of a wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of a wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the height of wafer support pins in the wafer heating apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.
[Explanation of symbols]
1: Wafer heating device
2: Soaking plate
3: Placement surface
4: Insulating layer
5: Resistance heating element
6: Feeder
7: Support
8: Support pin
9: Side wall
10: Multilayer structure
11: Conduction terminal
12: Gas injection port
13: Thermocouple
14: Opening
15: Connection member
16: Bolt
17: Heat insulation part
18: Elastic body
19: Washer
20: Nut
21: Elastic body
23: Lift pin
24: Through hole
25: Guide member
W: Semiconductor wafer

Claims

A wafer comprising a plurality of strip-like resistance heating elements formed on the surface or inside of a plate-shaped ceramic body, a support pin that protrudes from the plate-shaped ceramic body and supports the wafer, and a through hole that penetrates the plate-shaped ceramic body in the heating device, the through holes are arranged in diameter than three on a concentric circle 0.2 to 0.5 times the diameter D of the plate-shaped ceramic body, the support pin and the center of the plate-shaped ceramic body The distance DS between the center and the support pin on the outer peripheral side is more than 0.5 times and less than 0.9 times of D / 2, and is arranged on the outside of the through hole. and the straight line connecting the center and the through hole, wafer heating, characterized in that a straight line connecting the support pins nearest the outer periphery to the center and the upper SL through hole, the central angle made of is within 10 ° apparatus.

Wafer heating apparatus according to claim 1, characterized in that it comprises a supporting pin of the outer peripheral side on an extension of the center and the through hole.

Wafer heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein the variation of the protrusion height above Symbol support pin is 15μm or less.

The upper Symbol resistance heating element is divided into a plurality of annular portions of the central portion and the outside of the plate-shaped ceramic body, comprising the above SL through hole in the center and / or the inner annular portion of the upper Symbol resistance heating element The wafer heating apparatus according to any one of claims 1 to 3 .