JP4721658B2 - ウェハ支持部材 - Google Patents
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Description
本発明は、主にウェハを加熱する際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装置あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、上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際に好適なウェハ支持部材に関する。
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）を加熱するためのウェハ支持部材が用いられている。
従来の半導体製造装置は、複数のウェハを一括して加熱するバッチ式と、１枚ずつ加熱する枚様式とがあり、枚葉式には、温度制御性に優れているので、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴い、ウェハ支持部材が広く使用されている。
このようなウェハ支持部材として、例えば特許文献１、特許文献２や特許文献３には、図８に示すようなウェハ支持部材７１が提案されている。
このウェハ支持部材７１は、板状セラミック体７２、金属製のケース７９、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状の金属製のケース７９の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状セラミック体７２を樹脂製の断熱性の接続部材７４を介してボルト８０で固定され、その上面をウェハＷを載せる載置面７３とするとともに、板状セラミック体７２の下面に、例えば図９に示すような同心円状の抵抗発熱体７５を備えていた。
さらに、抵抗発熱体７５の端子部には、給電端子７７がロウ付けされており、この給電端子７７が金属製のケース７９の底部７９ａに形成されたリード線引出用の孔７６に挿通されたリード線７８と電気的に接続されていた。
ところで、このようなウェハ支持部材７１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、ウェハの温度分布を均一にすることが重要である。その為、これまでウェハの面内の温度差を小さくするため、載置面７３にウェハＷ支持ピン（不図示）を設け、ウェハＷを載置面７３から微小な距離浮かしたウェハ支持部材７１が特許文献４に記載されている。
特許文献５には、板状セラミック体７２の周縁にウェハＷを取り囲む壁を設け、ウェハＷの横ずれを防ぐウェハ支持部材が開示されている。
また、特許文献６には、図９に示すように、板状セラミック体７２の外縁部にウェハＷと嵌合させるための突部を形成し、該突部の内側には、ウェハＷと抵触する多数の凸状体を形成することで均一な温度分布を実現するウェハ支持部材が開示されている。
また、特許文献７には板状セラミック体の周辺にウェハＷの位置決めを行うガイドピンを備えることで、ウェハＷを均一な温度分布としたウェハ支持部材が開示されている。
更に、特許文献８にはウェハＷの支持ピンの高さを自由に調整することでウェハＷの温度分布を調整できるウェハ支持部材が開示されている。また、支持ピンにガイドピンを嵌合させたウェハ支持部材が開示されている。
しかし、いずれも非常に複雑で微妙な構造、制御が必要になるという課題があり、簡単な構造で温度分布を更に均一に加熱できるようなウェハ支持部材が求められていた。
特開２００１−２０３１５６号公報
特開２００１−３１３２４９号公報
特開２００２−７６１０２号公報
特開平１０−２２３６４２号公報
特開平１０−２２９１１４号公報
特開２００２−２３７３７５号公報
特開２００２−１８４６８３号公報
特開２００１−６８４０７号公報
近年半導体素子の配線微細化に伴い使用され始めた化学増幅型レジストにおいては、ウェハの温度の均一性は勿論のこと、ウェハを熱処理装置に載置した瞬間から離脱し熱処理を終了させるまでの過渡的な温度履歴も極めて重要となり、ウェハ載置直後から概ね６０秒以内にウェハの温度が均一に安定することが望まれている。
しかしながら、特許文献５や特許文献６に紹介されている装置では、板状セラミック体の周辺部の肉厚が大きく熱容量が大きいことからウェハＷ面内の過渡温度が不均一で、ウェハの面内の温度差は０．４〜１．２℃と大きく、また、板状セラミック体の外周の放熱の影響から温度が安定するまでの応答時間が大きくなる虞があった。
また、特許文献８に記載のウェハ支持部材では、ウェハＷの周辺部と中心部の温度差を調整することができない虞があり、しかも支持ピンの高さを微調整することは困難であり、調整できてもウェハ表面の温度差は１℃以上と大きなものであった。
更に、何れのウェハ支持部材も、ウェハＷを均一に加熱したり、ウェハＷを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなる虞があった。
本発明のウェハ支持部材は、板状セラミック体の一方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に３個以上の周辺凸部と、該周辺凸部の内側に該周辺凸部より高さの低い内側凸部を備え、上記周辺凸部の固定穴と上記周辺凸部を固定するボルトとの間に０．５〜１．５ｍｍのクリアランスを具備し、上記周辺凸部が、上記板状セラミック体の半径方
向または垂直方向の少なくとも一方向に移動可能となるように保持されていることを特徴とする。
向または垂直方向の少なくとも一方向に移動可能となるように保持されていることを特徴とする。
また、上記周辺の凸部の載置面に平行な外形を示す断面が円形であることを特徴とする。
また、上記周辺の凸部は柱状で頂部の径が小さく、底面の径が大きいことを特徴とする。
また、本発明のウェハ支持部材は、板状セラミック体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたヒータ部と、上記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように上記板状セラミック体と接続したケースと、該ケースに上記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に３個以上の周辺凸部と、該周辺凸部の内側に該周辺凸部より高さの低い内側凸部を備え、上記周辺凸部の固定穴と上記周辺凸部を固定するボルトとの間に０．５〜１．５ｍｍのクリアランスを具備し、上記周辺凸部が、上記板状セラミック体の半径方向または垂直方向の少なくとも一方向に移動可能となるように保持されており、上記周辺凸部は、アルミナ、窒化アルミニウムからなり、上記周辺凸部の熱容量（Ａ）と該周辺凸部と接触する上記板状セラミック体の熱容量（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が１．０３〜３．０４であり、上記周辺凸部を固定する上記ボルトが上記板状セラミック体を貫通し上記ケースと接続固定することを特徴とする。
また、上記周辺の凸部の外周面の平均表面粗さＲａが３．０より小さいことを特徴とする。
また、上記３個以上の周辺凸部の内面で形成される内接円の直径が２００．２〜２０６．０ｍｍまたは３００．３〜３０９．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする。
また、上記板状セラミック体が上記ケースに固定された押さえ金具で押圧されたことを特徴とする。
また、上記押圧する部分が点接触であることを特徴とする。
また、上記抵抗発熱体を囲む外接円の内側に上記周辺凸部が占めることを特徴とする。
また、上記内側凸部の載置面からの突出高さは０．０５〜０．５ｍｍであり、上記内側凸部は、上記周辺凸部に内接する内接円の直径の０．５倍の範囲内に少なくとも１個、上記内接円の直径の０．５〜１倍の範囲内に少なくとも３個以上それぞれ同心円状に配置されていることを特徴とする。
また、上記抵抗発熱体の外接円の直径Ｄが上記板状セラミック体の直径ＤＰの９０〜９９％であることを特徴とする。
以上のように、本発明によれば、板状セラミック体の一方の主面または内部に複数の抵
抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に３個以上の周辺凸部と、該周辺凸部の内側に該周辺凸部より高さの低い内側凸部を備え、上記周辺凸部の固定穴と上記周辺凸部を固定するボルトとの間に０．５〜１．５ｍｍのクリアランスを具備し、上記周辺凸部が、上記板状セラミック体の半径方向に移動可能となるように保持されていることによって、ウェハＷ面内の温度差を小さくできる。更に、過渡時のウェハＷ面の温度が安定するまでの応答時間を小さくできる。
抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に３個以上の周辺凸部と、該周辺凸部の内側に該周辺凸部より高さの低い内側凸部を備え、上記周辺凸部の固定穴と上記周辺凸部を固定するボルトとの間に０．５〜１．５ｍｍのクリアランスを具備し、上記周辺凸部が、上記板状セラミック体の半径方向に移動可能となるように保持されていることによって、ウェハＷ面内の温度差を小さくできる。更に、過渡時のウェハＷ面の温度が安定するまでの応答時間を小さくできる。
また、上記周辺部の凸部を構成する部材は載置面の凹部に取り付けることにより更にウェハＷ面内の温度を小さく、過渡時の応答時間を小さくできる。
また、周辺凸部の熱伝導率を板状セラミック体の熱伝導率の２倍以下とするとウェハＷ表面の温度差を小さく、温度応答時間が小さくなる。
更に、周辺凸部の一部は板状セラミック体の抵抗発熱体を囲む外接円の内部に設けると好ましい。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は本発明に係るウェハ支持部材１の１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板状セラミック体２の一方の主面あるいは内部に複数の抵抗発熱体５を形成し、他方の主面をウェハＷを載せる載置面３とするとともに、上記抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を具備したヒータ部７からなり、給電部６に給電端子１１が接続している。これらの給電部６を囲む金属製のケース１９が断熱性の接続部材１７を介して板状セラミック体２の他方の主面の周辺部に固定されている。
また、ウェハリフトピン２５は板状セラミック体２を貫通する孔を通してウェハＷを上下に移動させウェハＷを載置面３に載せたり降ろしたりすることができる。そして、給電部６に給電端子１１が接続し外部から電力が供給され、測温素子２７で板状セラミック体２の温度を測定しながらウェハＷを加熱することができる。
尚、抵抗発熱体５を複数のゾーンに分割する場合、それぞれのゾーンの温度を独立に制御することにより、各給電部６の給電端子１１に電力を供給し、各測温素子２７の温度が各設定値となるように給電端子１１に加える電力を調整し、載置面３に載せたウェハＷの表面温度が均一となるようにしている。
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に給電端子１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロウ付け等の手法を用いてもよい。
ウェハＷの載置面３に対応して円板状のウェハＷの表面を均一に加熱するにはウェハＷ周辺の雰囲気やウェハＷに対抗する壁面やガスの流れの影響を受けるが、円板状のウェハＷの表面温度をばらつかせないために、ウェハＷの周囲や上面の対抗面や雰囲気ガスの流れはウェハＷに対し中心対称となるように設計されている。ウェハＷを均一に加熱するにはウェハＷに対し中心対称な上記環境に合わせたウェハ支持部材１が必要で、載置面３を中心対称に分割し抵抗発熱体ゾーン４を形成することが好ましい。
本発明のウェハ支持部材１は、図１（ａ）、（ｂ）にその一例を示すように、板状セラミック体の一方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に３個以上の周辺凸部４と、該周辺凸部４の内側に該周辺凸部４より高さの低い内側凸部８を備え、周辺凸部４が板状セラミック体の半径方向または垂直方向の少なくとも一方向に移動可能となるように保持されている。
具体的には、周辺凸部４の固定穴１２と周辺凸部４を固定するボルト１０との間に隙間を備え、この隙間の分だけ周辺凸部４が板状セラミック体の半径方向および垂直方向の両方に移動可能となるようにしてある。
特許文献５、６に記載のウェハ支持部材のようにウェハＷの横ズレを防止する円環状の凸部は板状セラミック体の周辺部の厚みが大きくなることから、板状セラミック体の周辺部の熱容量が大きくなり、昇温途中の過渡時のウェハＷ面内の温度差が大きくなるとの問題がある。しかし、本発明のウェハ支持部材１のように板状セラミック体２の周辺部に孤立した周辺凸部４を備えることで、過渡時のウェハＷ面内の温度差の増大を防止し、しかもウェハＷの横ズレを正確に防止できる。
周辺凸部４は載置面３にウェハＷを載せるに際して、ウェハＷの位置決めを行う上で必要であるが、周辺凸部４そのものに熱容量があり、載置面３の上のウェハＷを加熱する際に、熱が周辺凸部４からボルト１０を介してケース１９に流れウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があり、周辺凸部４からボルト１０に流れる熱が少ないことが好ましい。載置面３の上に在る周辺凸部４を固定する固定孔１２とボルト１０の間に隙間があると、周辺凸部４からボルト１０への熱が伝わり難くなり、ボルト１０を介してケース１９や接続部材１７に流れる熱が少なくなり、周辺凸部４の周辺の温度低下を防ぐ事ができることから好ましい。隙間の大きさとしては貫通孔の直径とボルトの外径の差で０．３〜２ｍｍあると断熱効果が優れ好ましい。更に好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。
そして、ウェハＷの面内温度差を小さくするためには、板状セラミック体２に貫通孔９を形成し、その貫通孔９にボルト１０を通し周辺凸部４や板状セラミック体２の横ずれを防止することが好ましい。特に、周辺凸部４をボルト１０で強固に固定すると板状セラミック体２と周辺凸部４の下面の熱伝導が高まりボルト１０を介して板状セラミック体２の熱がケース１９に流れ、周辺凸部４の周りの板状セラミック体２の温度が低下し、ウェハＷの温度も低下する虞があった。そこで、周辺凸部４は板状セラミック体２と強固に接続することなく、ボルト１０で横ずれを大きく防止する程度に固定することが好ましい。従って、周辺凸部４は前後左右に０．３〜２ｍｍ程移動できることが好ましい。このように接続するとボルト１０と周辺凸部４との接触面積も小さくなり周辺凸部４を介して熱が逃げる虞が小さくなり好ましい。そして、このように配設することで、載置面３の温度分布を均一に保つ事が可能となり、温度変更時の過渡時のウェハＷ面内の温度差を小さくできる。
また、ウェハＷは不図示のアームから移送され板状セラミック体２の載置面３に突出したウェハリフトピン２５の上に載せられる。そしてウェハリフトピン２５が降下し周辺凸部４にガイドされながら載置面３上の内側凸部８にウェハＷは載せられる。ウェハＷの面内温度差を小さくするのは抵抗発熱体５を備えた板状セラミック体２の中心位置に合わせ、板状セラミック体２に対して正確な位置にウェハＷを載せることが重要であり、周辺凸部４をウェハガイドとして、ウェハＷの周囲が周辺凸部４と接触しながらガイドされて内側凸部８で支えられることが好ましい。
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は周辺凸部４を示す拡大断面図である。図２（ａ）は円錐台形状の周辺凸部４を示し。図２（ｂ）は円柱の上に円錐台が結合した形状の周辺凸部４を示す。図２（ｃ）は周辺が湾曲面からなる周辺凸部４を示す。図２（ｄ）は円柱形状の周辺凸部４を示す。
図２に示す様に、本発明の周辺凸部４の載置面３に平行な外形を示す断面が円形であることを特徴とする。この様な形状とすることで、周辺凸部４を小さくすることができて、ヒータ部７の周辺の温度を低下させる虞がなく、また、取り付けも容易となり好ましい。
そして、周辺凸部４は柱状で頂部の直径が小さく、底面の直径が大きいことが好ましい。この様に頂部の径が小さいとウェハＷがずれて載置面３に置かれようとしてもウェハＷの位置を周辺凸部４の内面に沿ってウェハＷの位置をガイドしながら内側凸部４に対し正確な位置に載せることができる。
また、本発明のウェハ支持部材１は、ヒータ部７とケース１９で囲まれた内面に冷却ガスを流通させるために、ヒータ部７を冷却するノズル２４とノズル２４から噴射された冷却ガスを排出する開口２３をケース１９に備えている事が好ましい。このようなノズル２４と開口２３を備える事で、ウェハ支持部材１の冷却スピードが大きくなり好ましい。
また、周辺凸部４の外周面の平均表面粗さＲａは３より小さいことが好ましい。表面粗さＲａが３．０を超えるとウェハＷの周辺端面と接触してウェハＷ位置を矯正する際にウ
ェハＷと接触しウェハＷを磨耗させる可能性があり、パーティクルを発生しウェハＷの歩留まりを低下させる虞があり好ましくない。また、平均表面粗さＲａが０．０１を下回ると、周辺凸部４の表面加工が困難である。
ェハＷと接触しウェハＷを磨耗させる可能性があり、パーティクルを発生しウェハＷの歩留まりを低下させる虞があり好ましくない。また、平均表面粗さＲａが０．０１を下回ると、周辺凸部４の表面加工が困難である。
また、周辺凸部４がウェハＷの横ズレを防ぐには周辺凸部４が同一円周上に少なくとも３個必要であり、周辺凸部４と接触する内接円の直径はウェハＷの直径より１．００１〜１．０３倍の大きさであることが好ましい。より好ましくは１．００１〜１．０２倍である。このように配設することにより載置面３上の正確な位置にウェハＷを載せることができることから抵抗発熱体５を備えた板状セラミック体２からの熱を均一に受けることが可能となりウェハＷの表面温度差を小さくすることができる。より具体的には、直径２００ｍｍのシリコンウェハでは周辺凸部４の内接円の直径は２００．２〜２０６ｍｍであり、直径３００ｍｍのウェハＷ用では、上記内接円の直径は３００．３〜３０９ｍｍであることが好ましい。更に好ましくは２００．２〜１０４ｍｍであり、３００．３〜３０６ｍｍである。
本発明の周辺凸部４は円形のセラミック部材からなり、該セラミック部材の熱容量が上記周辺凸部４と上記板状セラミック体２が接触する面に対応する上記板状セラミック体２の熱容量の３倍より小さいことを特徴とする。周辺凸部４は板状セラミック体２の周辺の上面に載せられている。ウェハＷの表面を均一に加熱するには板状セラミック体２の載置面３の温度分布が重要であり、載置面３の周辺に周辺凸部４があると周辺凸部４の熱容量に対応して板状セラミック体２から熱が周辺凸部４に移動したり、周辺凸部４から板状セラミック体２に移動したりする。この熱の移動により周辺凸部４の周囲の板状セラミック体２の温度が高くなったり、低くなったりすることが判明した。そして、主に周辺凸部４と板状セラミック体２の接触面４ａ、３ａを介して熱が移動する。ウェハＷの定常時の面内温度差を０．５℃以下としたり、過渡時の面内温度差を小さくしたりするにはこの周辺凸部４の熱容量が小さいことが好ましく、接触面３ａを上面とする板状セラミック体２の筒状部２ａの熱容量の３倍より小さいと熱の流れが小さくなり、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞が小さいことがわかった。
また、ボルト１０で板状セラミック体２の横ずれを防止しても、板状セラミック体２が上下にずれる虞があるので、図３に示すように板状セラミック体２の周辺部を止め金具２９で押圧されていることが好ましい。また、止め金具２９から熱がケース１９に流れることを防止するために止め金具２９の凸部２９ａで点押しすることが好ましい。また、止め金具２９の数は３〜５箇所が好ましい。
そして、載置面３とウェハＷの間隔は内側凸部８でウェハＷを支持して保たれるが、ウェハＷ面と載置面３の間隔をできるだけ均一にするためには、内側凸部８が載置面３に均等に配設されていることが好ましい。内側凸部８は載置面３の中心から周辺凸部４に内接する内接円の直径の０．５倍の範囲内に少なくとも１個、前記内接円の直径の０．５〜１倍の範囲内に少なくとも３個配置されているとウェハＷ表面の変形が小さく、むら無く支持することが可能となり、ウェハＷの自重による変形や反りを防止することができることから、ウェハＷ面内の温度差が小さくなり好ましい。
また、ウェハＷは内側凸部８を介して載置面３と一定の間隔で離間させることにより、載置面３と直接接触した場合の片あたりによるウェハＷ面内の温度バラツキの発生を防止できる。そして、載置面３上のガスを介してウェハＷを加熱することによりウェハＷ面内の温度を均一に昇温させたり、ウェハＷ面内の温度を均一に保持したりすることができる。
ウェハＷの表面温度差を小さくするには、ウェハＷと載置面３の間のパーティクルの噛み込みを防止したり、載置面３の微妙な変形によるウェハＷ面の温度変化を防止したりする点から、ウェハＷと載置面３の間隔を決める内側凸部８の載置面からの突出高さは０．０５〜０．５ｍｍが適切であり、０．０５ｍｍを下回ると載置面３の温度がウェハＷに急激に伝わりウェハＷ面内の温度差を大きくする。また、０．５ｍｍを超えると載置面３からウェハＷへ伝わる熱の伝わりが遅くなりウェハＷ面内の温度差を大きくする。更に好ましくは０．０７〜０．２ｍｍである。
尚、筒状部２ａに接触した接続部１７は断熱効果が大きく、熱の伝達を抑制していることから周辺凸部４と板状セラミック体２との関係から検討することが重要となる。また、周辺凸部４の直径は５〜１５ｍｍが好ましく、更に好ましくは７〜１１ｍｍである。そして、高さは３〜１４ｍｍが好ましい。そして、図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）の様に外周面にテーパが備わっていると好ましいが、図２（ｄ）のように外周が円柱状でも良い。そしてこれらの周辺凸部４はその内側に空間４ｂが形成されていることが好ましい。このような空間を形成することで周辺凸部４の熱容量を低減させることができるからである。更に、周辺凸部４の底面４ａの平均表面粗さＲａは０．１〜１０で板状セラミック体２と接触面の平均表面粗さＲａは同様に０．１〜１０であると接触面からの熱伝導が小さくなりより好ましい。
更に、板状セラミック体２の周辺凸部４の熱伝導率は板状セラミック体２の熱伝導率の２倍以下の熱伝導率を有することが好ましい。周辺凸部４の熱伝導率が板状セラミック体２の熱伝導率の２倍を超えると周辺凸部４の温度が上昇し易くなりウェハＷを加熱する際の過渡時のウェハＷ面内温度差が大きくなる虞がある。好ましくは、板状セラミック体２の熱伝導率より小さくすると、周辺凸部４の周辺の温度低下や上昇を小さくすることができて好ましい。
尚、ウェハＷの表面温度差を小さくするには周辺凸部４の一部は板状セラミック体２の抵抗発熱体５を囲む外接円の内部にあることが好ましい。このような配置とすると抵抗発熱体５によりウェハＷの表面積より広い範囲の載置面３を加熱することが可能となり、ウェハＷの面内の温度差が小さくなり好ましい。
図４（ａ）は本発明のウェハ支持部材１で、板状セラミック体の一方の主面に複数の抵抗発熱体ゾーン４を備え、中心部に円形の抵抗発熱体ゾーン４ａと、その外側に同心円の２つの円環内に抵抗発熱体ゾーン４ｂｃと抵抗発熱体ゾーン４ｄｇとを備える各抵抗発熱体ゾーン４の配置例を示す。
図４（ｂ）は、本発明のウェハ支持部材１の中心部の円形の抵抗発熱体ゾーン４ａと、その外側に円環４ｂｃを２等分した扇状の２個の抵抗発熱体ゾーン４ｂ、４ｃを備え、更にその外側の円環４ｄｇ内にそれぞれ対抗する位置で円環を円周方向に４等分した扇状の４個の抵抗発熱体ゾーン４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇからなるウェハ支持部材１であり、ウェハＷの表面温度がより均一となり好ましい。
上記ウェハ支持部材１の各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｇは独立して発熱でき、各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｇに対応して抵抗発熱体５ａ〜５ｇを備えている。
尚、円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂｃ、４ｄｇはそれぞれ放射方向に２分割、４分割したが、これに限るものではない。
図４（ｂ）の抵発熱体ゾーン４ｂ、４ｃの境界線は直線であるが、必ずしも直線である必要はなく、波線で有ってよい。抵抗発熱体ゾーン４ｂ、４ｃが板状セラミック体２の中心に対して中心対称であることが好ましい。
同様に、抵抗発熱体ゾーンの４ｄと４ｅ、４ｅと４ｆ、４ｆと４ｇ、４ｇと４ｄとのそれぞれの境界線も必ずしも直線である必要はなく、それぞれの抵抗発熱体４ｄから４ｇは、板状セラミック体２の中心に対し中心対称であることが好ましい。
上記の各抵抗発熱体５は、印刷法等で作製し、１〜５ｍｍの巾で厚みが５〜５０μｍで形成することが好ましい。一度に印刷する印刷面が大きくなると、印刷面の左右や前後でスキージとスクリーンとの間の圧力の違いから印刷厚みが一定とならない虞が生じる。特に、抵抗発熱体５の大きさが大きくなると、抵抗発熱体５の左右前後の厚みが異なり設計した発熱量がバラツク虞があった。発熱量がバラツクとウェハＷの面内温度差が大きくなり好ましくない。この抵抗発熱体の厚みのバラツキから生じる温度バラツキを防ぐには、一つの抵抗発熱体からなる外径の大きな個々の抵抗発熱体５を分割することが有効である事が判明した。
そこで、ウェハＷ載置面３の中心部を除く同心円環状の抵抗発熱体ゾーンは左右に２分割し、更に大きな円環状の抵抗発熱体ゾーンは４分割することで抵抗発熱体ゾーン４にある抵抗発熱体５の印刷する大きさを小さくすることができることから、抵抗発熱体５の各部の厚みを均一にすることができ、更にウェハＷの前後左右の微妙な温度差を補正しウェハＷの表面温度を均一にすることができる。
また、図５に示すように、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体２の直径ＤＰの９０〜９９％であることが好ましい。抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体２の直径ＤＰの９０％より小さいと、ウェハを急速に昇温したり急速に降温させたりする時間が大きくなりウェハＷの温度応答特性が劣る。
また、ウェハＷの周辺部の温度を下げないようウェハＷの表面温度を均一に加熱するには、直径ＤはウェハＷの直径の１．０２〜１．１倍程度が好ましいことから、ウェハＷの大きさに対して板状セラミック体２の直径ＤＰが大きくなり、均一に加熱できるウェハＷの大きさが板状セラミック体２の直径ＤＰに比較して小さくなり、ウェハＷを加熱する投入電力に対しウェハＷを加熱する加熱効率が悪くなる。更に、板状セラミック体２が大きくなることからウェハ製造装置の設置面積が大きくなり、最小の設置面積で最大の生産を行う必要がある半導体製造装置の設置面積に対する稼働率を低下させ好ましくない。
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体２の直径ＤＰの９９％より大きいと接触部材１７と抵抗発熱体５の外周との間隔が小さく抵抗発熱体５の外周部から熱が接触部材１７に不均一に流れ、特に、外周部の外接円Ｃに接する円弧状パターン５１が存在しない部分からも熱が流れ、外周部の円弧状パターン５１が板状セラミック体２の中心部へ曲がっていることから抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに沿って円弧状パターン５１が欠落する部分Ｐの温度が低下しウェハＷの面内温度差を大きくする虞がある。より好ましくは、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体２の直径ＤＰの９２〜９７％である。
また、図１（ａ）に示す様な板状セラミック体２の外周面を覆うように金属製のケース１９が板状セラミック体２を下から支える場合には、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体２の直径ＤＰの９５〜９８％が好ましく、更に好ましくは９６〜９７％である。
一方、図７に示す様に板状セラミック体２と金属製のケース１９の外形が略同等で板状セラミック体２を下から金属製のケース１９が支える場合、ウェハＷの面内の温度差を小さくするには、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体２の直径ＤＰの９２〜９５％であり、更に好ましくは９３〜９５％である。
板厚が１〜７ｍｍの板状セラミック体２の一方の主面側を、ウェハを載せる載置面３とするとともに、上記板状セラミック体２の下面に抵抗発熱体５を備えたウェハ支持部材１において、上記抵抗発熱体５の厚みが５〜５０μｍであるとともに、上記抵抗発熱体を囲む外接円Ｃの面積に対し、上記外接円Ｃに占める抵抗発熱体５の面積の比率が５〜５０％であることが好ましい。
即ち、抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率を５％未満とすると、抵抗発熱体５の相対向する対向領域において、対向領域の対向間隔Ｓ１が大きくなり過ぎることから、抵抗発熱体５のない間隔Ｓ１に対応した載置面３の表面温度が他の部分と比較して小さくなり、載置面３の温度を均一にすることが難しいからであり、逆に抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率が５０％を超えると、板状セラミック体２と抵抗発熱体５との間の熱膨張差を３．０×１０−６／℃以下に近似させたとしても、両者の間に作用する熱応力が大きすぎることから、板状セラミック体２は変形し難いセラミック焼結体からなる
ものの、その板厚ｔが１ｍｍ〜４ｍｍと薄いことから抵抗発熱体５を発熱させると、載置面３側が凹となるように板状セラミック体２に反りが発生し、その結果、ウェハＷの中心部の温度が周縁よりも小さくなり、温度バラツキが大きくなる虞があるからである。
ものの、その板厚ｔが１ｍｍ〜４ｍｍと薄いことから抵抗発熱体５を発熱させると、載置面３側が凹となるように板状セラミック体２に反りが発生し、その結果、ウェハＷの中心部の温度が周縁よりも小さくなり、温度バラツキが大きくなる虞があるからである。
なお、好ましくは、抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率を１０％〜３０％、さらには１５％〜２５％とすることが好ましい。
さらに、このような効果を効率良く発現させるには、抵抗発熱体５の膜厚を５〜５０μｍとすることが好ましい。
抵抗発熱体５の膜厚が５μｍを下回ると、抵抗発熱体５をスクリーン印刷法で膜厚を均一に印刷することが困難となるからであり、また、抵抗発熱体５の厚みが５０μｍを超えると、外接円Ｐ１に対し、抵抗発熱体５の占める面積の比率を５０％以下としても抵抗発熱体５の厚みが大きく、抵抗発熱体５の剛性が大きくなり、板状セラミック体５の温度変化により抵抗発熱体５の伸び縮みによる影響で板状セラミック体２が変形する虞がある。また、スクリーン印刷で均一の厚みに印刷することが難しくウェハＷの表面の温度差が大きくなる虞があるからである。なお、好ましい抵抗発熱体５の厚みは１０〜３０μｍとすることが良い。
本発明の抵抗発熱体５のパターン形状としては、図５に示したような折り返しパターン、あるいは図５や図６に示すような複数のブロックに分割され、個々のブロックが円弧状のパターンと直線状のパターンとからなる渦巻き状やジグザクな折り返し形状をしたもので、本願発明のウェハ支持部材１はウェハＷを均一に加熱することが重要であることから、これらのパターン形状は帯状の抵抗発熱体５の各部の密度が均一なことが好ましい。図５に示すように板状セラミック体２の外周部に位置する抵抗発熱体５ｄ、５ｅ、５ｄ、５ｆは板状セラミック体２の中心から遠い部位は同心円状をした円弧状パターン５１とこれらと連続して繋がっている連結パターン５２からなることが好ましい。ただし、図９に示すような、板状セラミック体２２の中心から放射方向に見て、抵抗発熱体２５の間隔が密な部分と粗な部分が交互に現れる抵抗発熱体パターンでは、粗な部分に対応するウェハＷの表面温度は小さく、密な部分に対応するウェハＷの温度は大きくなり、ウェハＷの表面の全面を均一に加熱することはできないことから好ましくない。
また、抵抗発熱体５を複数のブロックに分割する場合、それぞれのブロックの温度を独立に制御することにより、載置面３上のウェハＷを均一に加熱することが好ましい。
抵抗発熱体５は、導電性の金属粒子にガラスフリットや金属酸化物を含む電極ペーストを印刷法で板状セラミック体２に印刷、焼き付けしたもので、金属粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なくとも一種の金属を用いることが好ましく、またガラスフリットとしては、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｎを含む酸化物からなり、板状セラミック体２の熱膨張係数より小さな４．５×１０−６／℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましく、さらに金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いることが好ましい。
ここで、抵抗発熱体５を形成する金属粒子として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なくとも一種の金属を用いるのは、電気抵抗が小さいからである。
抵抗発熱体５を形成するガラスフリットとして、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｎを含む酸化物からなり、抵抗発熱体５を構成する金属粒子の熱膨張係数が板状セラミック体２の熱膨張係数より大きいことから、抵抗発熱体５の熱膨張係数を板状セラミック体２の熱膨張係数に近づけるには、板状セラミック体２の熱膨張係数より小さな４．５×１０−６／℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましいからである。
また、抵抗発熱体５を形成する金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いるのは、抵抗発熱体５の中の金属粒子と密着性が優れ、しかも熱膨張係数が板状セラミック体２の熱膨張係数と近く、板状セラミック体２との密着性も優れるからである。
ただし、抵抗発熱体５に対し、金属酸化物の含有量が８０％を超えると、板状セラミック体２との密着力は増すものの、抵抗発熱体５の抵抗値が大きくなり好ましくない。その為、金属酸化物の含有量は６０％以下とすることが良い。
そして、導電性の金属粒子とガラスフリットや金属酸化物からなる抵抗発熱体５は、板状セラミック体２との熱膨張差が３．０×１０−６／℃以下であるものを用いることが好ましい。
即ち、抵抗発熱体５と板状セラミック体２との熱膨張差を０．１×１０−６／℃とすることは製造上難しく、逆に抵抗発熱体５と板状セラミック体２との熱膨張差が３．０×１０−６／℃を超えると、抵抗発熱体５を発熱させた時、板状セラミック体２との間に作用する熱応力によって、載置面３側が凹状に反る虞があるからである。
更に、抵抗発熱体５への給電方法については、有底の金属製のケース１９に設置した給電端子１１を板状セラミック体２の表面に形成した給電部６にバネ（不図示）で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、１〜４ｍｍの厚みの板状セラミック体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、給電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、板状セラミック体２とその有底の金属製のケース１９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。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、給電端子１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
また、板状セラミック体２の温度は、板状セラミック体２にその先端が埋め込まれた熱電対２７により測定する。熱電対２７としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対２７を使用することが好ましい。この熱電対２７の先端部は、板状セラミック体２に孔が形成され、この中に設置された固定部材により孔の内壁面に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。
また、図１（ａ）では板状セラミック体２の他方の主面３に抵抗発熱体５のみを備えたウェハ支持部材１について示したが、本発明は、主面３と抵抗発熱体５との間に静電吸着用やプラズマ発生用としての電極を埋設したものであっても良いことは言うまでもない。
更に詳細な構成について説明する。
図１（ａ）は本発明に係るウェハ支持部材の一例を示す断面図で、板厚ｔが１〜４ｍｍ、１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体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、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、この抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を備えたものである。
１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体２の材質としては、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いることができ、この中でも特に窒化アルミニウムは５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらには１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有するとともに、フッ素系や塩素系等の腐食性ガスに対する耐蝕性や耐プレズマ性にも優れることから、板状セラミック体２の材質として好適である。
板状セラミック体２の厚みは、２〜４ｍｍとすると更に好ましい。板状セラミック体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状セラミック体２の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ガス噴射口２４らの冷却エアを吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、板状セラミック体２にクラックが発生する虞があるからである。また、板状セラミック体２の厚みが４ｍｍを超えると、板状セラミック体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る虞がある。
板状セラミック体２は、有底の金属製のケース１９開口部の外周にボルト１６を貫通させ、板状セラミック体２と有底の金属製のケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、有底の金属製のケース１９側より弾性体１８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、板状セラミック体２の温度が変動した場合に有底の金属製のケース１９が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより板状セラミック体２の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状セラミック体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。
リング状の接触部材１７の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状セラミック体２と接触部材１７が平面で接触する場合において、板状セラミック体２と接触部材１７の接する接触部の巾は０．１ｍｍ〜１３ｍｍであれば、板状セラミック体２の熱が接触部材１７を介して有底の金属製のケース１９に流れ量を小さくすることができる。そして、ウェハＷの面内の温度差が小さくウェハＷを均一に加熱することができる。更に好ましくは０．１〜８ｍｍである。接触部材１７の接触部の巾が０．１ｍｍ以下では、板状セラミック体２と接触固定した際に接触部が変形し、接触部材が破損する虞がある。また、接触部材１７の接触部の巾が１３ｍｍを超えると、板状セラミック体２の熱が接触部材に流れ、板状セラミック体２の周辺部の温度が低下しウェハＷを均一に加熱することが難しくなる。好ましくは接触部材１７と板状セラミック体２の接触部の巾は０．１ｍｍ〜８ｍｍであり、更に好ましくは０．１〜２ｍｍである。
また、接触部材１７の熱伝導率は板状セラミック体２の熱伝導率より小さいことが好ましい。接触部材１７の熱伝導率が板状セラミック体２の熱伝導率より小さければ板状セラミック体２に載せたウェハＷ面内の温度分布を均一に加熱することができると共に、板状セラミック体２の温度を上げたり下げたりする際に、接触部材１７との熱の伝達量が小さく有底の金属製のケース１９との熱的干渉が少なく、迅速に温度を変更することが容易となる。
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミック体２の熱伝導率の１０％より小さいウェハ支持部材１では、板状セラミック体２の熱が有底の金属製のケース１９に流れ難く、板状セラミック体２から有底の金属製のケース１９に熱が、雰囲気ガス（ここでは空気）による伝熱や輻射伝熱により流れる熱が多くなり逆に効果が小さい。
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミック体２の熱伝導率より大きい場合には、板状セラミック体２の周辺部の熱が接触部材１７を介して有底の金属製のケース１９に流れ、有底の金属製のケース１９を加熱すると共に、板状セラミック体２の周辺部の温度が低下しウェハＷ面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、有底の金属製のケース１９が加熱されることからガス噴射口２４からエアを噴射し板状セラミック体２を冷却しようとしても有底の金属製のケース１９の温度が高いことから冷却する時間が大きくなったり、一定温度に加熱する際に一定温度になったりするまでの時間が大きくなる虞があった。
一方、接触部材１７を構成する材料としては、小さな接触部を保持するために、接触部材のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましく、更に好ましくは１０ＧＰａ以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の巾が０．１ｍｍ〜８ｍｍと小さく、板状セラミック体２を有底の金属製のケース１９に接触部材１７を介してボルト１６で固定しても、接触部材１７が変形することが無く、板状セラミック体２が位置ズレしたり平行度が変化したりすることなく、精度良く保持することができる。
尚、特許文献２に記載のような、フッ素系樹脂やガラス繊維を添加した樹脂からなる接触部材では得られない精度を達成することができる。
前記接触部材１７の材質としては鉄とカーボンからなる炭素鋼やニッケル、マンガン、クロムを加えた特殊鋼等の金属が、ヤング率が大きく好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、ステンレス鋼やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金の所謂コバールが好ましく、板状セラミック体２の熱伝導率より小さくなるように接触部材１７の材料を選択することが好ましい。
更に、接触部材１７と板状セラミック体２との接触部を小さく、且つ接触部が小さくても接触部が欠損しパーティクルを発生する虞が小さく安定な接触部を保持できるために、板状セラミック体２に垂直な面で切断した接触部材１７の断面は多角形より円形が好ましく、断面の直径１ｍｍ以下の円形のワイヤを接触部材１７として使用すると板状セラミック体２と有底の金属製のケース１９の位置が変化することなくウェハＷの表面温度を均一にしかも迅速に昇降温することが可能である。
以上、接触部材１７の構成と板状セラミック体２と抵抗発熱体５の配設の関係について説明したが、これらの配設は、周辺凸部４の一部が抵抗発熱体５を囲む直径Ｄの内側に存在することから、周辺凸部４のウェハＷ面内温度に対する影響を考慮していることは言うまでもない。
次に、有底の金属製のケース１９は側壁部２２と底面２１を有し、板状セラミック体２はその有底の金属製のケース１９の開口部を覆うように設置してある。また、有底の金属製のケース１９には冷却ガスを排出するための孔２３が施されており、板状セラミック体２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６に導通するための給電端子１１，板状セラミック体２を冷却するためのガス噴射口２４、板状セラミック体２の温度を測定するための熱電対２７を設置してある。
なお、有底の金属製のケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状セラミック体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。更に好ましくは２０〜３０ｍｍである。これは、板状セラミック体２と有底の金属製のケース１９相互の輻射熱により載置面３の均熱化が容易となると同時に、外部との断熱効果があるので、載置面３の温度が一定で均一な温度となるまでの時間が短くなるためである。
そして、有底の金属製のケース１９内に昇降自在に設置されたリフトピン２５により、ウェハＷを載置面３上に載せたり載置面３より持ち上げたりといった作業がなされる。そして、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８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。
また、このウェハ加熱装置１によりウェハＷを加熱するには、搬送アーム（不図示）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２５にて支持したあと、リフトピン２５を降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
次に、ウェハ支持部材１をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状セラミック体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。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。
なお、板状セラミック体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たりして十分混合し、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。
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミック体２として使用する場合、半導電性を有する板状セラミック体２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層としては、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、板状セラミック体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として機能しなくなる。その為、絶縁層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。
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、板状セラミック体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として機能しなくなる。その為、絶縁層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。
さらに、板状セラミック体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。
また、板状セラミック体２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、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。板状セラミック体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を形成することもある。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。
この絶縁層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板状セラミック体２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５×１０−７／℃〜＋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、板状セラミック体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。
なお、ガラスからなる絶縁層を板状セラミック体２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを板状セラミック体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、ガラスペーストを６００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。また、絶縁層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板状セラミック体２を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層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との密着性を高めることができる。
窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．０質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
そして、得られた窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間の焼成を行い各種の熱伝導率を有する板状セラミック体を製作した。
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミック体２と、板厚４ｍｍで周辺部に円環状の凸部を備え直径３０１ｍｍの中心部の板厚が３ｍｍの板状セラミック体を作製した。
更に、中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
次いで、板状セラミック体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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５を形成した。
抵抗発熱体ゾーン４の配置は、中心部に円形の１つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側の円環を扇状に２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、更にその外側に円環を４つの扇状の抵抗発熱体ゾーンに分割した計７個の抵抗発熱体ゾーン構成とした。
また、有底の金属製のケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミック体までの距離は２０ｍｍとした。
その後、前記有底の金属製のケースの開口部に、板状セラミック体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミック体と有底の金属製のケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ固定することによりウェハ支持部材とした。
尚、接触部材１７の断面はＬ字状で、リング状とした。Ｌ字状の段部の幅は５ｍｍで板状セラミック体との接触幅は４ｍｍとした。また、接触部材の材質はポリベンゾイミダゾール樹脂を用いた。
その後、載置面の中心に１個の内側凸部と中心から８５ｍｍの距離に３個の内側凸部を取り付け、中心から１３０ｍｍの距離に５個の内側凸部を取り付けたものを試料Ｎｏ.１〜４とした。
試料Ｎｏ.１は、板状セラミック体２の周辺部の固定穴の内径が３．５ｍｍで、ボルトの直径を３ｍｍとして円錐状の周辺凸部を５箇所等配に取り付けた。
試料Ｎｏ．２は、板状セラミック体２の周辺部の固定穴の内径が４．５ｍｍで、ボルトの直径を３ｍｍとして円筒状の周辺凸部を緩やかに５箇所等配に取り付けた。
試料Ｎｏ．３は、板状セラミック体の周辺部の固定穴の内径が３ｍｍで、ボルトの直径を３ｍｍとして円筒状の周辺凸部を強固に５箇所等配に取り付けた従来のウェハ支持部材である。
また、試料Ｎｏ.４は板状セラミック体の周辺部は環状に載置面より１ｍｍ凸に形成された従来のウェハ支持部材である。
試料Ｎｏ.５は板状セラミック体の周辺部に円筒状の周辺凸部を緩やかに５箇所等配に取り付け、内側凸部のない従来のウェハ支持部材である。
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間保持した。そして、ウェハリフトピンを上昇させてウェハＷを取り外し、ウェハＷを室温に冷却した後再びウェハ支持部材に載せウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃となるまでの時間を応答時間として測定した。その後３０分間ウェハＷ平均温度を２００℃に保持した時点でのウェハＷ面内の温度差を測定した。
それぞれの結果は表１に示す通りである。
載置面の周辺に孤立した周辺凸部４を設け、内側凸部４を備え、前記周辺凸部の固定穴の内径がボルトの直径より大きくボルトと固定穴の間にクリヤランスのある本発明のウェハ支持部材である試料Ｎｏ．１、２はウェハＷ面内の温度差は０．３１℃、０．３５℃と小さく、しかも応答時間は３２秒、３５秒と小さく優れた特性を示す事が分った。
また、周辺凸部の載置面に平行な外形を示す断面が円形であると試料Ｎｏ．１、２に示すように優れた特性を示すことが分った。
それに対して、載置面の周辺部に円筒状の凸部を強固に取り付けた試料Ｎｏ.３は周辺凸部に熱の流れが多く、ウェハＷ面内の温度差は０．４２℃とやや小さいが、応答時間が５２秒と大きく、均一なレジスト膜を作製することが出来なかった。
また、載置面の周辺部に円環状の凸部を備えた試料Ｎｏ.４はウェハＷ面内の温度差は０．４１℃とやや小さいが、応答時間が６３秒と大きく、均一なレジスト膜を作製することが出来なかった。
また、内側凸部のない試料Ｎｏ.５は、ウェハＷ面内の温度差が０．６３℃と大きく、しかも応答時間も４７秒とやや大きかった。
更に、周辺凸部が円錐状である試料Ｎｏ．１は周辺凸部が円筒状である試料Ｎｏ．２よりウェハ面内の温度差や応答時間が小さくより優れた特性を示すことが分った。
実施例１と同様に板状セラミック体を作製した。
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミック体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
次いで板状セラミック体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電体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５を形成した。抵抗発熱体５のパターン配置は、中心部から放射状に円と円環状に分割し、中心部に円形の１つにパターンを形成し、その外側の円環状の部分に２つにパターンを形成し、更に最外周に４つのパターンの計７個のパターン構成とした。
そして、最外周の４つのパターンの外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとして、板状セラミック体の直径を変えて作製した。しかるのち抵抗発熱体に給電部をロウ付けし固着させることにより、ヒータ部を製作した。
また、有底の金属製のケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと、側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムとからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミック体までの距離は２０ｍｍとした。
その後、前記有底の金属製のケースの開口部に、板状セラミック体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミック体と有底の金属製のケースが直接当たらないように、Ｌ字状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてナットを螺着し固定することによりウェハ支持部材とした。
また、周辺部に直径１０ｍｍの周辺凸部４を上記ボルトを兼用して固定した。周辺凸部４の内接円の大きさは直径３００．０〜３１５ｍｍとした。
また、純度９６％アルミナ、ムライト、イットリアを０．１〜５重量％添加した窒化アルミニウムで周辺凸部を作製した。また、各周辺凸部の外周を万能研削盤で加工し必要に応じ外周をダイヤモンド遊離砥粒で研磨しＲａが０．００５〜１０に調整した周辺凸部４を作製した。
そして、周辺凸部４の熱伝導率の異なる各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ.２１〜２９とした。
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。その１０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの温度差として測定した。その後、ウェハリフトピンを載置面の上面に突出させウェハＷを載置面から取り外し、不図示のハンドリングアームでウェハを取り外した。その後再びハンドリングアームからウェハＷをウェハリフトピンの上に載せ、ウェハリフトピンを降下させて、周辺凸部にガイドさせながら内側凸部に上端にウェハＷを載せた。そして、３分後に再びウェハリフトピンを上昇させて、ウェハＷを取り外した。このウェハＷ載置取り外しを１０００回繰り返し、その後ウェハＷの裏面の周辺部２０ｍｍ幅と側面に付着したパーティクルをＴＥＮＫＯＲ社製のパーティクルカウンタで評価した。
それぞれの結果は表２に示す通りである。
表２から、上記周辺凸部を固定する固定ボルトが上記板状セラミック体を貫通しケースと接続固定している試料Ｎｏ．２１〜２９はいずれもウェハ面内の温度差が０．４℃以下と小さく、応答時間も３５秒以下と小さく優れた特性を示すことが分った。
また、試料Ｎｏ．２２〜２９のように周辺凸部の外周面の表面粗さＲａが３．０より小さいとパーティクルの発生個数が２０００個以下と少なくより好ましいことが分った。
更に、表２の試料Ｎｏ．２９は、周辺凸部の熱容量が１．７（Ｊ／Ｋ）と大きいことから、ウェハＷ面内の温度差が０．４０℃とやや大きく応答時間も３５秒とやや大きかった。
これに対し、試料Ｎｏ．２２〜２８は周辺凸部の熱容量が周辺凸部に対応する板状セラミック体の熱容量の３倍より小さく、ウェハＷ面内の温度差は０．３４℃以下と小さく、応答時間も３４秒以下と小さく好ましいことが分った。
更に、試料Ｎｏ．２３〜２６のように周辺凸部の熱容量が周辺凸部に対応する板状セラミック体の熱容量の１．５倍より小さいとウェハＷ面内の温度差は０．２３℃以下と小さく、応答時間も２５秒以下と小さく更に好ましいことが分った。
また、上記内側凸部の載置面からの突出高さは０．０５〜０．５ｍｍであり、上記内側凸部は、上記周辺凸部に内接する内接円の直径の０．５倍の範囲内に少なくとも１個、前記内接円の直径の０．５〜１倍の範囲内に少なくとも３個以上それぞれ同心円状に配置されていることからウェハ面内の温度差が何れも０．４℃以下と小さく好ましいことが分った。
１、７１：ウェハ支持部材
２、７２：板状セラミック体
３、７３：載置面
４：周辺凸部
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
７：均熱板
８：内側凸部
９：凹部
１０：ボルト
１１、７７：給電端子
１２：固定穴
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
１９、７９：金属製のケース
２０：ナット
２１：底面
２３：孔
２４：ガス噴射口
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
Ｗ：半導体ウェハ
２、７２：板状セラミック体
３、７３：載置面
４：周辺凸部
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
７：均熱板
８：内側凸部
９：凹部
１０：ボルト
１１、７７：給電端子
１２：固定穴
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
１９、７９：金属製のケース
２０：ナット
２１：底面
２３：孔
２４：ガス噴射口
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
Ｗ：半導体ウェハ
Claims (11)
- 板状セラミック体の一方の主面または内部に複数の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に３個以上の周辺凸部と、該周辺凸部の内側に該周辺凸部より高さの低い内側凸部を備え、上記周辺凸部の固定穴と上記周辺凸部を固定するボルトとの間に０．５〜１．５ｍｍのクリアランスを具備し、上記周辺凸部が、上記板状セラミック体の半径方向または垂直方向の少なくとも一方向に移動可能となるように保持されていることを特徴とするウェハ支持部材。
- 上記周辺の凸部の載置面に平行な外形を示す断面が円形であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持部材。
- 上記周辺の凸部は柱状で頂部の径が小さく、底面の径が大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持部材。
- 板状セラミック体の一方の主面に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたヒータ部と、上記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように上記板状セラミック体と接続したケースと、該ケースに上記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備えたウェハ支持部材であって、上記載置面の周辺部に３個以上の周辺凸部と、該周辺凸部の内側に該周辺凸部より高さの低い内側凸部を備え、上記周辺凸部の固定穴と上記周辺凸部を固定するボルトとの間に０．５〜１．５ｍｍのクリアランスを具備し、上記周辺凸部が、上記板状セラミック体の半径方向または垂直方向の少なくとも一方向に移動可能となるように保持されており、上記周辺凸部は、アルミナ、窒化アルミニウムからなり、上記周辺凸部の熱容量（Ａ）と該周辺凸部と接触する上記板状セラミック体の熱容量（Ｂ）との比（Ａ／Ｂ）が１．０３〜３．０４であり、上記周辺凸部を固定する上記ボルトが上記板状セラミック体を貫通し上記ケースと接続固定することを特徴とするウェハ支持部材。
- 上記周辺凸部の外周面の平均表面粗さＲａが３．０より小さいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のウェハ支持部材。
- 上記３個以上の周辺凸部の内面で形成される内接円の直径が２００．２〜２０６．０ｍｍまたは３００．３〜３０９．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウェハ支持部材。
- 上記板状セラミック体が上記ケースに固定された押さえ金具で押圧されたことを特徴とする請求項４に記載のウェハ支持部材。
- 上記押圧する部分が点接触であることを特徴とする請求項７に記載のウェハ支持部材。
- 上記抵抗発熱体を囲む外接円の内側に上記周辺凸部が配置されていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のウェハ支持部材。
- 上記内側凸部の載置面からの突出高さは０．０５〜０．５ｍｍであり、上記内側凸部は、上記周辺凸部に内接する内接円の直径の０．５倍以下の範囲内に少なくとも１個、上記内接円の直径の０．５〜１倍の範囲内に少なくとも３個以上それぞれ同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のウェハ支持部材。
- 上記抵抗発熱体の外接円の直径Ｄが上記板状セラミック体の直径ＤＰの９０〜９９％であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のウェハ支持部材。
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