JP4596622B2

JP4596622B2 - セラミックヒーターとこれを用いたウエハ加熱装置

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Publication number: JP4596622B2
Application number: JP2000301418A
Authority: JP
Inventors: 広治坂元
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Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2010-12-08
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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及びこれに用いるセラミックヒーター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したりするのに好適なウエ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】
上記のようなウエハ加熱装置の例として、例えば特開平１１−４０３３０号公報に「窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックスからなる板状体の表面に、金属粒子を焼結して形成した発熱体を設けてなることを特徴とするヒーター」が示されている。
【０００５】
このセラミックヒーターは、ウエハ表面に形成された感光性樹脂を乾燥させるためのヒーターである。この構造を図４を用いて説明すると、セラミックスからなる均熱板３２の表面に金、銀、白金、パラジウム、鉛、タングステン、ニッケルから選ばれる１種以上の金属粒子を焼結させた金属粒子焼結体３３とＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉから選ばれる少なくとも１種以上の金属からなる金属被覆層３４からなる発熱抵抗体３５が形成されている。また、金属粒子焼結体３４には、窒化物セラミックスおよび炭化物セラミックスに前記金属粒子を密着させるために金属酸化物を含ませることが示されている。また、導通端子３７がハンダ３６により発熱抵抗体３５に固定されている。そして、ウエハＷはリフトピン３９により均熱板３２と離間して設置されることが示されている。
【０００６】
窒化アルミニウム質セラミックスと炭化珪素質セラミックスは、両者とも熱伝導率が高いので均熱性を必要とする半導体ウエハ加熱装置用の均熱板３２の材料としては好適であるが、感光性樹脂からなる膜をウエハＷの上に形成し乾燥させる工程に使用される均熱板３２の材料としては、炭化珪素質セラミックスの方が優れている。これは、窒化アルミニウム質セラミックスの場合、窒化アルミニウムが空気中の水分と反応してアンモニアガスを発生させ、これが感光性樹脂に悪影響を与えるからである。そこで、感光性樹脂の乾燥工程に使用される均熱板３２としては、炭化珪素質セラミックスの方が有用である。
【０００７】
炭化珪素質セラミックスを基板とする場合、ウエハＷを加熱するための発熱抵抗体部分を炭化珪素質セラミックス上に形成するためには、その接合強度の問題から炭化珪素質セラミックスを１０００℃〜１６００℃程度で１時間から５時間程度酸化させて炭化珪素質セラミックス上にＳｉＯ₂膜を一旦形成し、更にガラスからなる絶縁層を形成させて、その絶縁層の上にガラスと導電種としてＰｔ、Ａｕの混合物からなる発熱抵抗体を形成する方が好ましい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この発熱抵抗体の寿命は、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験において１０００サイクル程度で冷却ガスの当たっている発熱抵抗体部に剥がれが発生して抵抗値が上昇し、早いものは２０００サイクル程度において断線してしまうという耐久寿命の問題があった。
【０００９】
【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板状体の少なくとも一方の主面に発熱抵抗体を備え、さらに該発熱抵抗体の表面にＺｎ_２ＳｉＯ _４の結晶相を含有するガラス質のコ−ト層を備え、該コート層の明度Ｌ ^＊を４０以上とすることにより、上記課題が解決できることを見出した。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１は本発明のセラミックヒーターを有するウエハ加熱装置の一例を示す断面図であり、炭化珪素質セラミックスの板状体２からなる均熱板の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に形成されたＳｉＯ₂からなる酸化膜２１の上にガラスからなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５さらには発熱抵抗体５上にコート層２８を形成し前記発熱抵抗体５には電気的に接続する給電部６を備えてセラミックヒーターを構成したものである。
【００１３】
図２を用いて、さらに本発明のセラミックヒーターの構造を、炭化珪素質セラミックスの例を使って詳細に説明する。板状体２のウエハ載置面３を除く表面には、酸化雰囲気中で熱処理することにより生成したＳｉＯ₂からなる酸化膜２１が形成されている。そして、この酸化膜２１の上にガラスからなる絶縁層４が形成され、さらにその上に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒのうち一種以上と結晶化ガラスを含有する発熱抵抗体５が形成され、さらに発熱抵抗体５上にＺｎ_２ＳｉＯ _４の結晶相を含有するコート層２８を形成する。また発熱抵抗体５には給電部６が形成されてセラミックヒーターが構成されている。このセラミックヒーターを支持体１１に接合し、上記給電部６に導通端子７を押圧して接続することによりウエハ加熱装置を構成している。また、ウエハＷは、支持ピン２２により載置面３から離間して保持される。これにより、ウエハＷが板状体２に片当たりして温度分布が悪くなるといった問題を防止している。
【００１４】
なお、酸化膜２１は、板状体２の材質が窒化アルミニウムである場合は、Ａｌ₂Ｏ₃からなる酸化膜２１となる。
【００１５】
前記コート層２８は結晶化ガラスからなり、その少なくとも一部にＺｎ_２ＳｉＯ _４の結晶相を含有している。
【００１６】
コート層２８は、冷却ガスが発熱抵抗体５に直接吹き付けられることを防ぐとともに、これらの結晶相はガラス層を細かいブロックに細分化することになるので、グリフィスフローによるクラックの成長を防止しガラス自体の強度を向上させることができる。この結果、コート層２８のないものでは２０００サイクル程度で５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験で断線していた発熱抵抗体５の寿命を２００００サイクルまで延ばすことができるようになる。また、結晶相を包含するガラス相は、Ｐｂ、Ｂ、Ｂｉ、Ｓｂ等を適宜含有させることにより焼き付け温度を低減させることが可能となる。
【００１７】
ガラスを結晶化させる方法としては、例えば一旦ガラス層を溶融生成させた後、該ガラス層を結晶核生成温度付近で一旦１時間程度保持させ、結晶核を十分生成させたのち、結晶生成温度まで昇温させてガラスを結晶化させる方法がある。
【００１８】
結晶化により生成する結晶の量を測定することは難しいが、本発明者等はガラスの明度Ｌ^＊を測定することにより、結晶化の度合いを間接的に測定できることを見出した。この結果、少なくともガラスの透明感がなくなる程度、すなわち明度Ｌ^＊を４０以上とすれば、良好な結晶化を達成できることを見出した。
【００１９】
なお、コート層２８の明度Ｌ^*の測定は、ＪＩＳＺ８７２９（Ｌ^*ａ^*ｂ^*表色系）に基づき、分光分析計にて明度Ｌ^*を測定する。
【００２０】
生成してくる結晶層が針状結晶であれば、繊維強化によりコート層２８の強度を向上させ、クラックの発生を抑制することができる。また、もしガラス中に微小クラックが発生したとしても、生成した結晶がクラックの進展を止める効果が期待できる。
【００２１】
コート層２８に使用するガラスとしては、７００℃程度の低い温度で焼き付けが可能で、且つ熱膨張率が板状体２の熱膨張係数に対し０．５〜１．５×１０^-6／℃の範囲であることが必要である。一般的に、ガラスの熱膨張率とガラスの焼き付け温度の関係は負の相関があり、熱膨張係数を下げようとすると焼き付け温度が高くなり、焼き付け温度を下げようとすると熱膨張係数が高くなる傾向にある。従って、熱膨張係数と焼き付け温度を同時に目標のレベルにすることは、非常に難しい。
【００２２】
そこで本発明では、たとえば、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₃Ｂ₂Ｏ₆、Ｚｎ₃（ＢＯ₃）₂、Ｚｎ（ＢＯ₂）₂、ＳｉＯ₂のような低熱膨張係数の結晶相をガラス中に析出もしくは分散させ、見掛けのガラスの熱膨張係数を下げることを狙ったものである。また、ＰｂＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃はどちらかというと結晶化せず、ガラス中に残留してガラスの融点を下げる効果がある。また、これらの成分はガラスの熱膨張係数を増大させることなく焼き付け温度を低減できる機能を持った成分である。また、ガラス中の結晶相については、特にガラス相から析出してくるものに限定するものではなく、上記のような結晶をガラス中に混合し焼き付け処理することによりガラス中に混在させる手法を用いても構わない。
【００２３】
低熱膨張係数の結晶相としては、β−ユークリプタイトのように負の熱膨張係数を持つ結晶相もあるが、この結晶相は結晶中に含まれるＬｉイオンが発熱抵抗体５に印加される電圧により移動し、耐久性に影響する恐れがあるため、β−ユークリプタイト以外の結晶層とすることが望ましい。
【００２４】
なお、コート層２８に含有されるガラス中の結晶相の同定は、Ｘ線回折（理学電気社製）により同定した。また、ガラスの転移点および軟化点の測定は、示差走査熱量分析計を用いて、温度を上昇させながら熱の出入りを測定し、ベースラインの最初の吸熱シフト部分の漸近線の交点をガラス点移転とし、その次に出現する緩やかな発熱ピークの両側の漸近線の交点を軟化点とした。
【００２５】
また、前記コート層２８の熱膨張係数が板状体２の熱膨張係数に対して−０．５〜＋２．０×１０^-6／℃の範囲となる事が好ましい。これは、本発明はセラミックスからなる板状体２の一方の主面をウエハ載置面３とし、他方の主面に酸化膜２１と、ガラスからなる絶縁層４をこの順に備え、該絶縁層４上に発熱抵抗体５、該発熱抵抗体５上にコート層２８を備えているため、絶縁層４、発熱抵抗体５およびコート層２８の熱膨張係数は板状体２に近いほど５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を伸ばすことになるからである。
【００２６】
特に、板状体２が炭化珪素の場合、コート層２８の熱膨張係数が３．４〜６．９×１０^-6／℃であれば、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を２００００サイクルまで伸ばすことができることを見出した。
【００２７】
さらに、コート層２８のガラス部分の軟化点が絶縁層４を形成するガラスの転移点よりも低くなるようにすることにより、より強固なコート層２８と絶縁層４との接合強度が得られ、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を、２２００００サイクル以上に伸ばすことができる。
【００２８】
さらに、コート層２８のガラス部分の軟化点を発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点以下にすることにより、コート層２８の焼き付け温度を発熱抵抗体５の焼き付け温度より低くすることができ、発熱抵抗体５中にコート層２８のガラス成分の侵入を抑えることが可能となった。そのことにより焼き付け時における抵抗変化量を抑えることができ、半導体製造装置用のヒーターに代表されるような均一な温度分布を必要とされるヒーターの作製が可能となった。さらには発熱抵抗体５中にコート層２８のガラス成分の侵入を抑えることで、発熱抵抗体５の金属成分とガラス成分の均一な分散状態が維持され、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久における寿命の劣化を防ぐことができる。
【００２９】
さらにコート層２８の膜厚については１０〜５００μｍの範囲内とすることが好ましい。コート層２８の膜厚が１０μｍ未満の場合には、コート層２８の表面にピンホールに代表される外観不良が発生する。またコート層２８の膜厚が５００μｍを超える場合には、特にガラスは熱伝導率が低いため、板状体２の急速昇降温からみて好ましくない。
【００３０】
図１を用いて、さらに本発明の一実施例であるウエハ加熱装置１の構造を細かく説明する。ガラスからなる絶縁層４は、厚みを１０〜６００μｍとする。この厚みが１０μｍ以下であると、板状体２と発熱抵抗体５との間の電気的な絶縁が不十分となる。また、前記厚みが６００μｍ以上となると、ガラスは熱伝導係数が低いので、発熱抵抗体５からウエハＷ載置面３への熱伝達が遅くなってしまい好ましくない。
【００３１】
また、炭化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスや窒化珪素質セラミックス焼結体の表面には、ガラスは濡れ難くハジケが発生しやすいので、１０００から１６００℃の酸化雰囲気中で１〜５時間処理し、板状体２の表面に酸化膜２１を形成すると、絶縁層４や発熱抵抗体５を表面に形成しやすくなる。特に、炭化珪素質セラミックスを用いる場合は、セラミックス自体が半導性を示すので、電流のリークによる破損を防止するために、絶縁層４形成の前に上記のような熱処理が必須である。
【００３２】
また、ガラスからなる絶縁層４の表面の平坦度は、３００μｍ以下とすることが好ましい。該平坦度が３００μｍを超えると、絶縁層４の表面に発熱抵抗体５さらにはコート層２８を形成した場合の厚みバラツキが大きくなり、発熱抵抗体５の抵抗値バラツキが大きくなるため好ましくない。またコート層２８の印刷時にカスレ／ムラ等に代表される成膜不良が発生するため好ましくない。
【００３３】
ガラスからなる絶縁層４の平坦度を３００μｍ以下とするためには、板状体２の絶縁層４を塗布する側の平坦度を３００μｍ以下とすると同時に、板状体２を構成するセラミックスの熱膨張率に対し、ガラスの熱膨張係数を０〜０．９×１０^-6／℃小さくすることが好ましい。これは、ガラスが焼結する際の収縮による応力が焼き付けの際の熱処理では十分緩和されず、絶縁層４側が凹となるような反りが残留しやすいからである。このように、ガラスの熱膨張率を板状体２をなすセラミックスの熱膨張係数より小さくすることにより板状体２の反りを低減することが、平坦度を向上させるのに有効である。
【００３４】
また、前記絶縁層４の平坦度が３００μｍより大きい場合は、予め膜厚を管理した発熱抵抗体５、コート層２８を転写シートに形成しておき、該発熱抵抗体５を転写により絶縁層４上に形成した後コート層２８を転写により絶縁層４および発熱抵抗体５上に形成することによって発熱抵抗体５及びコート層２８の厚みを均一とすることが可能になり、板状体２を均一に加熱することができるようにする。
【００３５】
また、ガラスからなる絶縁層４は、プリントもしくは転写により一定厚みの膜を形成し、そのガラスの作業点以上の温度で熱処理することにより形成する。ガラスの熱膨張率は、均熱板２のセラミックス基材の熱膨張率より若干小さな熱膨張率とすることが好ましい。これは、ガラスが焼結し溶融する際に、その収縮による応力を十分緩和し切っておらず、収縮による応力が反りの形で残留しているので、この分を吸収するためである。そしてこの結果、ガラスに残留する応力が圧縮応力となるので、熱応力に対しクラックが発生し難くなるからである。
【００３６】
さらに、発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点が、絶縁層４に含まれるガラスの転移点より低いことが発熱抵抗体５の加工精度を向上させる上で好ましい。ガラスは転移点以上の温度では高粘度の粘性流体であると考えられる。このため、絶縁層４に含まれるガラスの転移点より発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点を低くし、発熱抵抗体５の焼き付け時に、基材となる絶縁層４に影響がでないようにする。
【００３７】
さらに、支持体１１に固定したあとの板状体２の平坦度が８０μｍ以下、さらに好ましくは、４０μｍ以下とすることが好ましい。板状体２の平坦度を８０μｍ以下にする理由は、ウエハＷと板状体２との間隔を管理することにより、ウエハＷを急昇温させた場合に、ウエハＷ面内の温度を精密に管理することができるようにするためである。
【００３８】
また、板状体２とウエハＷの間隔は、外周部より中心部を狭くする方が好ましい。板状体２の温度分布を一定にするため、発熱抵抗体５の発熱分布は、中心部より熱が外に逃げやすい外周部の方が発熱量が多くなるようにしている。このため、急昇温させる場合、ウエハＷの中心部の昇温がどうしても遅れやすい傾向になるからである。この傾向を少なくするために、板状体２とウエハＷの間隔は、外周部より中心部の方を狭くする方が、板状体２の温度変化に対して応答性が早くなるので好ましい。
【００３９】
また、板状体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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。
【００４５】
さらに板状体２は、板状体２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、板状体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弾性的に固定している。これにより、板状体２の温度を変更したり載置面３にウエハを載せ板状体２の温度が変動したりした場合に支持体１１の変形が発生しても、前記弾性体８によってこれを吸収し、これにより板状体２の反りを防止し、ウエハＷ加熱におけるウエハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００４６】
また、板状体２の温度調整用の熱電対１０は、板状体２の中央部のウエハ載置面３の直近に設置され、熱電対１０の温度を基に板状体２の温度を調整する。発熱抵抗体５が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの発熱抵抗体５のブロックに測温用の熱電対１０を設置する。熱電対１０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１０を使用することが好ましい。また、板状体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１０の途中が支持部７の板状構造部１３に保持されている。この熱電対１０の先端部は、板状体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。
【００４７】
また、発熱抵抗体５を複数のブロックに分割する場合は、そのブロック毎にその中央部に温度制御用の熱電対１０を設置し、各々独立に温度制御することが好ましい。
【００４８】
熱電対１０の保持構造は、図３に示したように、板状体２の発熱抵抗体５を形成した側の主面に凹部２７を形成し、この凹部２７の中に、熱電対１０による測温の信頼性を高めるために熱伝導率が６５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の金属箔２３を介して熱電対１０を設置し、さらに上から熱伝導係数が板状体２のそれに対し４０〜１７０％である金属製チップ２２、および熱伝導係数が５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下の押さえ治具２４、支持棒２５を弾性体２６により押圧固定した構造とすることが好ましい。また、前記凹部２７の径は、３〜５ｍｍφとすることが好ましい。
【００４９】
また、支持体１１は板状構造体１３と側壁部からなり、該板状構造体１３には発熱抵抗体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、不図示の空気噴射口や熱電対保持部が形成されている。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。また、前記板状構造体１３は、複数の層から構成されている。
【００５０】
また、板状体２に形成された給電部６と導通端子７間の接続を、押圧による接触とすることにより、板状体２と支持体１１の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し、耐久性良好なウエハ加熱装置を提供することができる。この押圧手段である弾性体８としては、図１に示すようなコイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧するようにしても構わない。
【００５１】
弾性体８の押圧力としては、０．３Ｎ以上の荷重を導通端子７に掛けるようにすればよい。弾性体８の押圧力を０．３Ｎ以上とする理由は、板状体２および支持体１１の膨張収縮による寸法変化に対し、それに応じて導通端子７が移動しなければならないが、装置の構成上、導通端子７を板状体２の下面から給電部６に押し当てるようにしているため、導通端子７の摺動部との摩擦により導通端子７が給電部６から離れることを防止する為である。
【００５２】
また、導通端子７の給電部６との当接面側の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。さらに、導通端子７を保持する絶縁材９は、その使用温度に応じて、２００℃以下の温度では、ガラス繊維を分散させたＰＥＥＫ（ポリエトキシエトキシケトン樹脂）材のものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラミック製の絶縁材９を用いることが可能である。
【００５３】
このとき、導通端子７の少なくとも給電部６との当接部を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレスおよび白金族の金属のうち少なくとも１種以上からなる金属により形成することが好ましい。具体的には、導通端子７自体を上記金属で形成するか、または導通端子７の表面に該金属からなる被覆層を設けることもできる。
【００５４】
あるいは、導通端子７と給電部６の間に上記金属からなる金属箔を挿入することにより、導通端子７表面の酸化による接触不良を防止し、板状体２の耐久性を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、導通端子７の表面にブレーチング加工やサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らすことにより接点が点接触となることを防止すると、さらに接触の信頼性を向上させることができる。ウエハ加熱装置１は、板状体２面内の温度は均一になるように調整するが、加熱時、ウエハの入れ替え時等は、構造的に板状体２と支持体９の温度の関係は一定ではない。この温度差により、給電部６と導電端子７は、捻れた位置関係で接触する場合が多いので、これらの接点を平坦に加工すると、片当たりして接触不良を起こしやすい。
【００５６】
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を不図示のリフトピンにて支持したあと、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。
【００５７】
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及び板状体２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。板状体２を炭化珪素質焼結体により形成すると、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、８０Ｗ／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。
【００５８】
【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および溶剤を用いて混合し、造粒したあと成形圧１００ＭＰａで成形し１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・Ｋであり外径が２３０ｍｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得る。そして、両面を平面研削した後、１４００℃×１時間の熱処理を施し、冷却時少なくとも１０００℃から６００℃までを３００℃／時間の速度で冷却してＳｉＯ₂からなる酸化膜２１を形成した後、一方の表面にガラスペーストをプリント形成し、９００℃で焼き付け処理することにより絶縁層４を形成した。尚、ガラスの熱膨張率は、３．８×１０^-6／℃のものを用いた。更に該絶縁層上に金属成分としてのＡｕ２０重量％、Ｐｔ１０重量％と結晶相としてＺｎ₂ＳｉＯ₄となる成分を含有するガラス７０重量％をそれぞれ含んだ発熱抵抗体ペーストをプリントにて成膜し、６００℃〜７００℃の焼き付けで所望の形状の発熱抵抗体５を形成した。更に、該絶縁層４及び発熱抵抗体５上に結晶相としてＺｎ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₃Ｂ₂Ｏ₆、Ｚｎ₃（ＢＯ₃）₂、Ｚｎ（ＢＯ₂）₂、ＳｉＯ₂（クオーツ）となる成分を含有するガラス含んだオーバーコートペーストをプリントにより成膜し、５５０℃〜７００℃の焼き付けで所望の形状のコート層２８を形成した。各結晶相の同定は、コート層２８の焼き付け後にＸ線回折法（理学電気社製）にて行った。この時点でコート層２８の外観の観察を行った。
【００５９】
また、こうして作製したサンプルを載置面３が１２０秒にて３５０℃になるように電圧を調整し昇温を行い、１２０秒にて載置面３が５０℃になるように冷却ガスをコート層２８側から吹き付け、更に３５０℃に通電するサイクルを１００サイクル施して、発熱抵抗体５及びコート層２８の外観を観察した。クラックの発生がなければ、次の１００サイクルを行い、再度観察を行い、クラックが発生するまで行った。外観確認は２０倍の双眼顕微鏡にて行い、クラックの発生の有無を確認した。また、サンプルは各条件５ヶ作製し、５ヶとも５０℃〜３５０℃の耐久試験を施し、最初に抵抗変化率１０％以上の変化もしくはコート層２８にクラックの発生したサイクル数を比較した。
【００６０】
結果を、表１に示した。
【００６１】
【表１】

【００６２】
表１に示したように、コート層２８を成膜していないＮｏ．１０は、耐久テストの１０００サイクルで抵抗変化率が１０％以上となり３０００サイクルにて断線に至った。
【００６３】
また結晶相を生成させないＮｏ.１１については耐久テストの１０００サイクルでコート層２８にクラックが発生した。
【００６４】
これに対し、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₃Ｂ₂Ｏ₆、Ｚｎ₃（ＢＯ₃）₂、Ｚｎ（ＢＯ₂）₂、ＳｉＯ₂の結晶層がコート層２８中に分散したサンプルＮｏ．１〜９は、すべて５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験におけるクラックの発生が２０００サイクル以上となり、良好な耐久性を示した。特に、板状体２と発熱抵抗体５の熱膨張率の差が−０．５〜＋１．０×１０^-6／℃の範囲にあるＮｏ．１〜４、７、８は、耐久テストサイクル数が２００００サイクル以上となり、好適であった。
【００６５】
（実施例２）
ここでは、上記実施例１と同様にサンプルを準備したが、前記コート層２８がＰｂ、Ｚｎ、Ｂ、Ｂｉ、Ｓｂの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有し該コート層２８の明度Ｌ^＊が２５〜７０となるようにガラスの焼き付け温度を変えて調整を行った。なおコート層２８のガラスは亜鉛、硼酸系ガラスを用いて評価を行った。
【００６６】
結果を、表２に示した。
【００６７】
【表２】

【００６８】
表２から判るように、コート層２８の明度Ｌ^＊が４０より小さいＮｏ．１〜３は、耐久テストにより１０００サイクル以下でクラックが発生した。これに対し、コート層２８の明度Ｌ^＊が４０以上であるＮｏ．４〜８においては、５０℃〜３５０℃の繰り返し通電耐久試験におけるクラックの発生を１０００００サイクル以上とすることができた。
【００６９】
（実施例３）
ここでは、上記実施例１と同様にサンプルを準備したが、前記コート層２８がＰｂ、Ｚｎ、Ｂ、Ｂｉ、Ｓｂの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有し、コート層２８の熱膨張係数が３．５〜５．５×１０^-6／℃となるようにガラスの組成を変えて調整した。ガラスは亜鉛、硼酸系ガラスとし、熱膨張係数の調整にはＳｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＰｂＯを１．０％程度添加することにより行った。
【００７０】
結果を、表３に示した。
【００７１】
【表３】

【００７２】
表３から判るように、コート層２８の熱膨張係数が板状体２の熱膨張係数より０．５×１０^-6／℃を超えて小さいＮｏ．１および２．０×１０^-6／℃を超えて大きいＮｏ．５は、耐久テストにより３０００サイクル以下でクラックが発生した。
【００７３】
これに対し、コート層２８の熱膨張係数を板状体２の熱膨張率に対し−０．５〜＋２．０×１０^-6／℃の範囲となるように調整することにより、５０℃〜３５０℃の繰り返し通電耐久試験におけるクラックの発生を２００００サイクル以上とすることができた。
【００７４】
実施例４
ここでは、上記実施例１と同様にサンプルを準備したが、前記コート層２８をなすガラスの軟化点が、前記絶縁層４に含まれるガラスの転移点より高いガラスと低いガラスを用い評価を行った。また絶縁層４の転移点より低いガラスについてはさらに前記発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点より高いガラスと低いガラスさらには発熱抵抗体５と同じガラスの３種類のガラスにて評価を行った。コート層２８に用いたガラスは亜鉛、硼酸系ガラスとし、軟化点の調整はＳｉＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＰｂＯを微量添加することにより調整した。また、絶縁層４のガラスの転移点は６５０℃のものを使用した。ガラスの転移点および軟化点については、ガラス部分をリューターを用いて削り取り、回収した粉末を示差走査熱量分析計により評価した。評価方法については、データの吸熱ピークを確認し、該ピークに至る漸近線を引きその交点を転移点温度および軟化点温度とした。また、データの見方は、低温側から転移点、軟化点の温度と判定し、この温度差を測定した。コート層２８の部分は、発熱抵抗体５を含まない部分を選び、絶縁層４まで削り取らないよう表面のガラスのみをリュ−タ−を用いて削り取り評価した。
【００７５】
結果を、表４に示した。
【００７６】
【表４】

【００７７】
表４に示したように、コート層２８中のガラスの軟化点が絶縁層ガラスの転移点よりも高いものについては２００００サイクル程度でクラックが発生した。またコート層４０に含有されるガラスの軟化点が絶縁層ガラスの転移点より低くさらに発熱抵抗体５に使用されるガラスの軟化点よりも高いガラスについてはコート層２８焼き付け時の発熱抵抗体５の抵抗変化が２０％以上と抵抗変化率が高く、５０℃〜３５０℃の繰り返し通電耐久試験においても３００００サイクル程度でクラックが発生した。これに対し、コート層２８に含有されるガラスの軟化点が絶縁層ガラスの転移点より低くさらに発熱抵抗体５に使用されるガラスの軟化点よりも同じか低いものについては、コート層２８焼き付け時の発熱抵抗体５の抵抗変化を５％以内に抑えることができさらには５０℃〜３５０℃の繰り返し通電耐久試験におけるクラックの発生が１５００００サイクル以上となり、良好な耐久性を示した。
【００７８】
実施例５
ここでは、上記実施例１と同様にサンプルを準備したが、前記コート層２８の厚みが５μｍ〜１ｍｍまでのサンプルを作製し、評価については載置面３に載せたウエハの温度が１５０℃になるように調整した後、１００℃までの冷却に要した時間及び金属顕微鏡によるコート層２８の外観の評価を行った。
【００７９】
結果は、表５に示した。
【００８０】
【表５】

【００８１】
表５から判るように、コート層２８の厚みが１０μｍ以下の場合には金属顕微鏡における外観検査にてコート層２８にピンホ−ルが見られ発熱抵抗体５の保護というコート層２８の特性を満足しない。また、コート層２８の厚みが５００μｍ以上のＮｏ．７、８は、１５０℃から−１００℃までの冷却に要する時間が長く好ましくない。
【００８２】
実施例６
ここでは、実施例１に用いたＮｏ．１〜５、７、８のサンプルを使用して、発熱抵抗体５に通電し、載置面３に載せたウエハの温度が３５０℃になるように調整して、５００時間連続通電し、抵抗変化したものについては、給電部６付近の磁器組成の変化を波長分散型電子顕微鏡（ＥＰＭＡ）による分析で確認した。
【００８３】
結果を、表６に示した。
【００８４】
【表６】

【００８５】
表６から判るように、β−ユークリプタイト（ＬｉＡｌＳｉ₄）を含有するガラスを用いたＮｏ．７、８は、耐久テストにおける抵抗変化が大きく、ＥＰＭＡによりＬｉの移動が確認できたので好ましくない。β−ユークリプタイトはＳｉを含有する鉱物であり、ガラスの熱膨張率を小さくする上では効果があるが、このようにアルカリ金属酸化物を含有するものは電解を印加した際にアルカリ金属のイオン移動が発生するので好ましくないものと判断した。
【００８６】
これに対し、Ｎｏ．１〜５は、良好な耐久性を示した。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、セラミックスからなる板状体上に、ガラスからなる絶縁層を介して発熱抵抗体を形成した後、該発熱抵抗体上にＺｎ_２ＳｉＯ _４の結晶相を含有するガラス質のコート層を形成したことによって、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験におけるクラックの発生を２００００サイクル以上とする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を示す断面図である。
【図２】本発明のウエハ加熱装置の一部拡大断面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置の一部拡大断面図である。
【図４】従来のウエハ加熱装置の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：ウエハ加熱装置２：板状体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２１：酸化膜２８：コート層
Ｗ：半導体ウエハ

Claims

セラミックスからなる板状体の少なくとも一方の主面に発熱抵抗体を備え、さらに該発熱抵抗体の表面にＺｎ_２ＳｉＯ _４の結晶相を含有するガラス質のコート層を備え、該コート層の明度Ｌ ^＊が４０以上であることを特徴とするセラミックヒーター。
前記コート層の熱膨張係数が前記板状体の熱膨張係数に対し−０．５〜＋２．０×１０^−６／℃の範囲であることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター。
前記板状体の一方の主面にガラスからなる絶縁層を介して前記発熱抵抗体を備え、前記コート層のガラスの軟化点が、前記絶縁層のガラスの転移点より低く、かつ前記発熱抵抗体に含まれるガラスの軟化点以下の温度であることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター。
前記コート層の厚みが、１０〜５００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１記載のセラミックヒーター。
請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックヒーターにおける前記発熱抵抗体を備えた主面と反対側の主面をウエハ載置面としたことを特徴とするウエハ加熱装置。