JP4975146B2

JP4975146B2 - ウエハ加熱装置

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Publication number: JP4975146B2
Application number: JP2010167246A
Authority: JP
Inventors: 潤福田; 英徳中間; 広治坂元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2010278461A

Description

本発明は、主にウエハを加熱するのに用いるウエハ加熱装置に関し、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たりしてレジスト膜を形成するのに好適なウエハ加熱装置に関する。

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。

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。

このうち半導体ウエハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、例えば特開平１１−２８３７２９号公報に示してあるようなウエハ加熱装置がある。このウエハ加熱装置は、図４に示すように、支持体４１、均熱板３２および板状反射体としてのステンレス板４３を主要な構成要素としている。支持体４１は有底状の金属製部材（ここでは、アルミニウム製部材）であって、断面円形状の開口部４４をその上部側に備えている。この支持体４１の中心部には、図示しないウエハ支持ピンを挿通するためのピン挿入孔４５が３つ形成されている。ピン挿通孔４５に挿通されたウエハ支持ピンを上下させれば、ウエハＷを搬送機に受け渡したり、ウエハＷを搬送機から受け取ったりすることができる。また、不図示の発熱抵抗体の端子部には、導通端子３７がロウ付けされており、該導通端子３７がステンレス板４３に形成された穴６７を挿通する構造となっている。また、底部４１ａの外周にはリード線引出用の穴４６がいくつか形成されている。この穴４６には、発熱抵抗体に電流を供給するための不図示のリード線が挿通され、該リード線は前記導通端子３７に接続されている。

この発熱抵抗体は、感光性樹脂が塗布されたシリコンウエハを高温（５００℃以上）で乾燥させるためのものである。このセラミックからなる均熱板３２には、発熱抵抗体が形成されており、支持体４１の開口部４４にダミーピン４７により支持されるようになっている。

また、発熱抵抗体を形成した均熱板３２は、円形状であり支持体４１の開口部４４とほぼ同径となるように設計されている。図５に示すように、均熱板３２は多層構造であり、発熱抵抗体３５は各層の層間に埋設されている。即ち、ここでは発熱抵抗体３５は、均熱板３２の外表面からは全く露出していない。そして、発熱抵抗体３５の導通に関与する導通端子３７は、ロウ付けの手法により発熱抵抗体３５に接合されている。また、均熱板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る。

これらのうち、炭化珪素質セラミックスを均熱板３２の基材として使用する場合、炭化珪素質セラミックスは半導体性を示すので、炭化珪素質セラミックスの表面に発熱抵抗体
を形成する場合、直接炭化珪素質セラミックスの表面に発熱抵抗体を形成すると、通電した際に電極間がショートして断線してしまうので、炭化珪素質セラミックスと発熱抵抗体３４の間に絶縁層を形成する必要がある。

特開平１１−２８３７２９号公報

上記のように、均熱板は焼成後、表面にガラスからなる絶縁層や発熱抵抗体を形成する必要があるため、これらの材料の熱膨張差によりどうしても反りが発生する。特に、この反りによって載置面側が凹状になると、中心付近で均熱板とウエハの間のギャップが大きくなるので、均熱板の温度設定を変更したり、ウエハを交換したりした際の昇温過渡時に中心部の加熱が遅れ気味になり、その結果ウエハ面内の温度分布が大きくなるという課題があった。

本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は前記他方の主面に形成されたＳｉＯ _２膜の上に形成された絶縁層の上に形成されており、かつ、非加熱時の前記均熱板の載置面を凸状とすることにより、上記課題を解決できることを見出した。

以上のように、本発明によれば、セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は前記他方の主面に形成されたＳｉＯ _２膜の上に形成された絶縁層の上に形成されており、かつ、非加熱時の前記均熱板の載置面を凸状としたことによって、均熱板からウエハへの熱の伝達を良好にすることができ、ウエハ加熱装置の昇温過渡時の均熱性を改善することができる。

本発明のウエハ加熱装置を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明のウエハ加熱装置に用いる均熱板を示す側面図である。ガラスの熱膨張曲線を示す図である。従来のウエハ加熱装置を示す展開斜視図である。従来のウエハ加熱装置の部分断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明のウエハ加熱装置１の一例を示す断面図で、炭化珪素を主成分とするセラミックスの板状体からなる均熱板２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に形成されたＳｉＯ_２膜２３の上にガラスからなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成し、この発熱抵抗体５と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。また、上記載置面２に複数の支持ピン２０を装着してあり、この支持ピン２０にウエハＷを載置し、載置面３から離間して保持する。これにより、ウエハＷが均熱板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。

本発明の特徴は、図２（ａ）に示すように前記均熱板２が、その載置面３が凸状となるように反っているか、又は図２（ｂ）に示すように載置面３自体を凸状となるように形成した点である。そして、好ましくは、載置面３の突出量ａを１０〜８０μｍとしてある。

ここで、前記載置面３の突出量が１０μｍより小さいかもしくは載置面３が凹状になっていると、ウエハＷの中心部分における均熱板２との距離が、その周囲より大きくなってしまうので、均熱板２からの熱の伝達が遅くなり、特に均熱板２の温度設定を変更した場合、もしくはウエハＷを交換した際の昇温過渡時の温度バラツキが大きくなり、ウエハＷ面内のレジストの熱処理がばらついてしまうので、好ましくない。

また、急昇温させる場合において、均熱板２全体を加熱するとどうしても中央付近が高めになるような挙動をとり易いので、通常外周部より中心部の発熱量を抑えることにより均熱を調整するが、均熱板２とウエハＷの中心部の距離が大きくなると急加熱の際の中央部の加熱出力の調整が非常に難しくなる。

これに対し、均熱板２の載置面３を凸状になるように加工しておくと、均熱板２とウエハＷの中央部の間隔が狭くなるので、特に急昇温する場合に温度調節が有利になる。

また、前記突出量ａが８０μｍを超えると、均熱板２の載置面３に設置された支持ピンの状態により、ウエハＷが回転したり、がたついたりして温度が安定するのに時間を要してしまうので好ましくない。また、載置面３からウエハＷまでの距離が遠くなるため、昇温時間が長くなってしまうので好ましくない。

ウエハＷの昇温速度に最も影響するのは、ウエハＷと均熱板２の距離である。ウエハＷと均熱板２の距離は、小さくすればするほどウエハＷを交換した際の昇温速度が速くなるので好ましいが、均熱性は調整し難くなる。逆に、ウエハＷと均熱板２の距離を大きくすると、均熱性は良くなるが昇温速度が遅くなってしまう。急速昇温性を生かすためには、ウエハＷと均熱板２の距離を２００μｍ以下にすることが好ましい。前記突出量ａが大きくなりすぎると、上記理由により急速昇温性が損なわれるので、好ましくない。

また、均熱板２の突出量ａは、均熱板２の平面加工の精度と、その上に形成する絶縁層４に用いるガラスおよび発熱抵抗体５の熱膨張率で調整することができる。

例えば、予め平坦に研磨加工した均熱板２を、１０〜８０μｍの突出量（反り）を有する樹脂板に一方の主面を密着固定し、他方の主面を平坦になるように研磨加工し、その後、樹脂板から外すと、図２（ｂ）に示すように、所望の突出量ａを有する均熱板２を得ることができる。この加工により凸状になった主面を載置面３として使用すればよい。また、絶縁層４は焼結した均熱板２基材の表面にガラスを溶融させて形成するが、均熱板２基材の熱膨張率よりガラスの熱膨張率が小さいと、冷却の際のガラスの収縮によって、図２（ａ）のように均熱板２が反って、載置面３側が凸になるように突出する。このように熱膨張差による反りを利用して、突出量ａを調整することができる。このような傾向は、発熱抵抗体５についても同様である。

ここで、ガラスの熱膨張曲線を図３に示す。曲線は、低温側の傾きの小さな部分と傾きの大きな部分と曲線が折れ曲がって降下する部分の大きく３つの部分に分けることができる。このうち、低温側の最初の変極点を示す温度をガラス転移点と称する。ここで、ガラスの熱膨張率というのは、このガラス転移点までの熱膨張率のことである。しかしながら、ガラスの温度をさらに上昇させると見掛けの熱膨張率は増大する方向になる。実際、均熱板２の上にガラスからなる絶縁層４を形成する場合、左側の変極点以上の温度で熱処理
するため、反りに影響する実際の熱膨張率は、ガラス転移点までの熱膨張率より大きな値になる。

本発明者らが鋭意検討した結果、絶縁層４をなすガラスの熱膨張率を均熱板２の基材の熱膨張率に対し０．２〜０．７×１０^−６ｄｅｇ^−１小さく調整すると、均熱板２の載置面３側が好ましい突出量ａの凸状とできることが判った。

均熱板２の基材の厚みを厚くすれば、絶縁層４や発熱抵抗体５、不図示のオーバーコート層のセラミックス基材との熱膨張率差による影響は緩和できるが、熱容量が大きくなるため温度設定を変更した際の温度安定時間が長くなってしまうという課題が残る。そこで、均熱板２の厚みは、１〜７ｍｍの範囲内で使用することが好ましい。さらに好ましくは２〜５ｍｍとするとよい。均熱板２の厚みを１ｍｍ未満とすると、均熱板２の剛性が不足し均熱板２のａが大きくなるので好ましくない。また、均熱板２の厚みが７ｍｍを超えると、温度変更した場合の応答速度が遅くなるので好ましくない。

さらに、均熱板を載置面側に凸になるように形成する手法として、均熱板２を支持体１１に保持した後、導通端子７の押圧力により調整することができる。急速昇温および急速降温を可能にするため、均熱板２の厚みは１〜７ｍｍの範囲に調整されており、その一方、均熱板２の寸法は８インチから１２インチへのウエハの大型化に伴い２３０ｍｍφから３３０ｍｍφと大型化する傾向にある。均熱板２の大面積化と薄肉化により、均熱板２は、導通端子７の押圧力によって変形するようになってきている。

そこで、この押圧力を利用して、均熱板２の突出量を調整することができる。場合によっては、均熱板２を載置面３側が平坦もしくは凹になるように加工した後、導通端子７の押圧力により均熱板２の反りを狙いの１０〜８０μｍの凸状とすることができる。

また、均熱板２の載置面３側に、均熱板２の熱膨張率より０．８〜１．８×１０^−６／℃大きな熱膨張率を有するガラス層を４０〜３００μｍ厚み形成することにより、載置面３側が凸になるような反りを生成させても良い。

ガラス層の厚みを４０μｍ未満にすると、反りに対する影響が小さくなるので所望の効果が期待できなくなる。また、ガラス層の厚みを３００μｍを超える厚みにすると、載置面３側の熱伝達が遅くなりウエハＷの昇温速度が遅くなってしまうので好ましくない。

図１を用いて、さらに本発明のウエハ加熱装置の均熱板２の構造を詳細に説明する。炭化珪素質セラミックスからなる均熱板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ＳｉＯ_２膜２３が形成されている。そして、このＳｉＯ_２膜２３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、Ｐｔ族金属もしくはこれらの合金からなる発熱抵抗体５が形成され、この発熱抵抗体５には給電部６が形成されて均熱板２を構成してある。この均熱板２を支持体１１にネジ１７により繋合し、上記給電部６に導通端子７を弾性体８により押圧して接続することによりウエハ加熱装置１を構成している。導通端子７は、絶縁材９により板状構造体１３から絶縁されるように指示されている。

前記ＳｉＯ₂膜２３の厚みｔは、０．０５〜２．０μｍとする。さらに好ましくは、０
．１〜１．０μｍとすることが好ましい。これにより、表面に形成するガラスからなる絶縁層４を炭化珪素質セラミックス表面に信頼性高く形成することが可能となる。この厚みｔを０．０５μｍ未満とすると、この上に絶縁層４となるガラス層を形成した場合に、表面のＳｉＯ₂膜２３がガラスに吸収され、絶縁層４に均熱板２からのハジケが発生してし
まい好ましくない。また、前記ＳｉＯ₂膜２３の厚みを２．０μｍより大きくすると、Ｓ
ｉＯ₂膜２３中にクリストバライトからなる結晶相が増えてしまい、絶縁層４の密着性が
低下してしまうので好ましくない。なお、信頼性と生産性の面から考慮するとＳｉＯ₂膜
２３の厚みｔは０．１〜１．０μｍとすることがさらに好ましい。

また、ＳｉＯ₂膜２３は、アモルファス状態であることが好ましいが、厚みが厚くなっ
たり前記ＳｉＯ₂膜２３を徐冷したりすると、ＳｉＯ₂膜２３内に結晶が生成してくる。析出する結晶相としては、クォーツ、クリストバライト、トリジマイト等の結晶相が生成してくる。このうち、特にクリストバライトは、１８０〜２７０℃に大きな体積変化を伴うα相とβ相間の転移点があり、ＳｉＯ₂膜２３にクラックを発生させるので結晶相として
好ましくない。

また、前記ＳｉＯ₂膜２３を形成する方法については、炭化珪素質セラミックスからな
る均熱板２を平坦度１０μｍ以下に研磨した後、酸化雰囲気中１２００〜１６００℃で１〜１２時間処理し、冷却過程において少なくとも１０００〜６００℃を２００℃／時間より速い速度で冷却することにより、前記のようにクリストバライト結晶の生成を抑えたＳｉＯ₂膜２３を形成することができる。

また、ＳｉＯ_２膜２３中の酸素の拡散は非常に遅いので、本発明の請求範囲相当の厚みのＳｉＯ_２膜２３を炭化珪素質セラミックスからなる均熱板２の表面に形成するには、このように、高温の酸化雰囲気中で熱処理を施すことが必要である。

そして、酸化雰囲気中の熱処理により形成したＳｉＯ_２膜２３のうち、載置面３側の膜は、研磨により除去する。

さらに均熱板２は、均熱板２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、均熱板２側より弾性体８、座金１８を介在させてナット１９を螺着することにより弾性的に固定している。これにより、均熱板２の温度を変更したり載置面３にウエハを載せ均熱板２の温度が変動したりした場合に支持体１１変形が発生しても、上記弾性体８によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを防止し、ウエハ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。

また、熱電対１０は、均熱板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の温度を基に均熱板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、均熱板２に埋め込まれた先端部に力が掛からないように熱電対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、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。また、図１には、熱電対１０を１本しか示していないが、発熱抵抗体５を分割制御する場合は、その数に応じて熱電対１０の数を増やすことが好ましい。

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。

また、均熱板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、均熱板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１を提供することができる。

なお、均熱板２の材質は炭化珪素質セラミックスの他、窒化珪素、窒化アルミニウム、窒化硼素、炭化硼素のいずれか１種以上を主成分とするセラミックスを用いてもよい。均熱板２が絶縁性セラミックスからなる場合は絶縁層４を形成する必要がなく、その場合に載置面３を凸状とするためには、前述したように、予め平坦に研磨加工した均熱板２を、１０〜８０μｍの反りを有する樹脂板に一方の主面を密着固定し、他方の主面を平坦になるように研磨加工し、その後、樹脂板から外すと、図２（ｂ）に示すように、所望の突出量ａを有する均熱板２を得ることができる。

また、均熱板２を形成する炭化珪素質セラミックスとしては、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（Ａｌ_２Ｏ_３）とイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）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。

また、炭化硼素質セラミックスとしては、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。

そして、窒化硼素質セラミックスとしては、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。

また、窒化珪素質セラミックスとしては、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Ａｌ_２Ｏ_３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ_２量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ_２と、意図的に添加したＳｉＯ_２の総和である。

また、窒化アルミニウム質セラミックスとしては、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。

これらのセラミックスは、その用途により材質を選択して使用する。例えば、レジスト膜の乾燥に使用する場合は、窒化物は水分と反応してアンモニアガスを発生し、これがレジスト膜に悪影響を及ぼすので使用できない。また、８００℃程度の高温で使用する可能性のあるＣＶＤ用のウエハ加熱装置の場合は、ガラスを多く含む窒化硼素系の材料は、均熱板２が使用中に変形してしまい均熱性が損なわれてしまう可能性がある。

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。

一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として使用する場合、多少導電性を有する均熱板２
と発熱抵抗体５との間の絶縁を保つ絶縁層４としては、ガラス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３０μｍ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６００μｍを超えると、均熱板２を形成する炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるために、クラックが発生して絶縁層４として機能しなくなる。また、ガラスは熱伝導率が低いので発熱抵抗体５からウエハ載置面３への熱伝達が遅くなってしまう。その為、絶縁層４としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは３０μｍ〜６００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは１００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが良い。

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。載置面３の突出量ａを１０〜８０μｍとするためには、均熱板２の絶縁層４を塗布する側の炭化珪素質セラミックスの平坦度を２０μｍ以下とすると同時に、炭化珪素の熱膨張率３．９×１０^−６ｄｅｇ^−１に対し０．２〜０．７×１０^−６ｄｅｇ^−１小さい３．２〜３．７×１０^−６ｄｅｇ^−１程度の熱膨張率をもったガラスを絶縁層４として用いることが好ましい。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にガラスの熱膨張率を炭化珪素に較べ若干小さくする。

また、均熱板２を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合も、発熱抵抗体５の抵抗値分布を細かく調整するために、発熱抵抗体は、窒化アルミニウム質焼結体の表面に形成することが好ましい。また、均熱板２に対する発熱抵抗体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層４を形成する方が好ましい。ただし、発熱抵抗体５の中に十分なガラスを添加し、これにより十分な密着強度が得られる場合は、省略することが可能である。

なお、ガラスや樹脂から成る絶縁層４を均熱板２上に被着する手段としては、前記ガラスペースト又は樹脂ペーストを均熱板２の中心部に適量落とし、スピンコーティング法にて伸ばして均一に塗布するか、あるいはスクリーン印刷法、ディッピング法、スプレーコーティング法等にて均一に塗布したあと、ガラスペーストにあっては、６００℃の温度で、樹脂ペーストにあっては、３００℃以上の温度で焼き付ければ良い。また、絶縁層４としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は炭化硼素質焼結体から成る均熱板２を１２００℃程度の温度に加熱し、絶縁層４を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることができる。

さらに、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体５としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属単体を、蒸着法やメッキ法にて直接被着するか、あるいは前記金属単体や酸化レニウム（Ｒｅ_２Ｏ_３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ_３）等の酸化物を導電材として含む樹脂ペーストやガラスペーストを用意し、所定のパターン形状にスクリーン印刷法等にて印刷したあと焼付けて前記導電材を樹脂やガラスから成るマトリックスで結合すれば良い。マトリックスとしてガラスを用いる場合、結晶化ガラス、非晶質ガラスのいずれでも良いが、熱サイクルによる抵抗値の変化を抑えるために結晶化ガラスを用いることが好ましい。

ただし、発熱抵抗体５に銀又は銅を用いる場合、マイグレーションが発生するおそれがあるため、このような場合には、発熱抵抗体５を覆うように絶縁層４と同一の材質から成る保護膜を３０〜１００μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。

さらに、発熱抵抗体５は、絶縁層４との密着性を高めるためガラスを含み、このガラスの軟化点が、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の密着強度
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。

発熱抵抗体５のパターン形状としては、円弧状の電極部と直線状の電極部とからなる略同心円状をしたものや渦巻き状をしたものなど、載置面３を均一に加熱できるパターン形状であれば良い。均熱性を改善するため、発熱抵抗体５を複数のパターンに分割することも可能である。

また、発熱抵抗体５を内蔵するタイプの均熱板２に関しては、熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましい。この場合、窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含有する原料を十分混合したのち円盤状に成形し、その表面にＷもしくはＷＣからなるペーストを発熱抵抗体５のパターン形状にプリントし、その上に別の窒化アルミニウム成形体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で焼成することにより発熱抵抗体５を内蔵した均熱板２得ることが出来る。また、発熱抵抗体５からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホール１９を形成し、ＷもしくはＷＣからなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウエハＷの加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホール１９の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の発熱抵抗体５の酸化を防止することができる。

さらに、このようなウエハ加熱装置１をレジスト膜形成用として使用する場合は、炭化珪素質焼結体を均熱板２に使用すると、大気中の水分等と反応してアンモニアガスを発生させレジスト膜を劣化させることがないので好ましい。また、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。これにより、ウエハＷ上に微細な配線を高密度に形成することが可能となる。

実施例１
炭化珪素原料に３重量％のＢ_４Ｃ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、厚み３ｍｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得た。そして、両面を平面研削した後、１１００℃×１時間の熱処理を各々施しＳｉＯ_２からなる膜２３を形成した後、一方の表面に３００μｍのガラスからなる絶縁層４を形成した。

ガラスについては、熱膨張率が２．８×１０^−６ｄｅｇ^−１のガラスと３．８×１０^−６ｄｅｇ^−１、４．８×１０^−６ｄｅｇ^−１のガラスを混合し、その比率を変更することにより熱膨張率を調整したガラスからなるペーストを準備し、各々の均熱板２にプリント形成した後９００℃で焼き付け処理することにより絶縁層４を形成した。

次いで絶縁層４上に発熱抵抗体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末を添加したガラスペーストを、スクリーン印刷法にて所定のパターン形状に印刷したあと、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが５０μｍの発熱抵抗体５を形成した。発熱抵抗体５は中心部と外周部を周方向に４分割した５パターン構成とした。しかるのち発熱抵抗体５に給電部６を導電性接着剤にて固着させることにより、均熱板２を製作した。

均熱板２の載置面３の突出量ａについては、平面度測定機（京セラ製ナノフェース）を用いて３０ｍｍピッチの格子点についてその高さのバラツキを測定し最大最小の差を反りとして、これを突出量ａとした。

このようにして、均熱板２の載置面３が凹状で突出量ａが−４０μｍ、−２０μｍ、０μｍ、載置面３の凸状突出量ａが１０μｍ、２０μｍ、４０μｍ、６０μｍ、８０μｍ、１００μｍのサンプルを作製した。

また、支持体１１は、主面の３０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのＳＵＳ３０４からなる２枚の板状構造体１３を準備し、この内の１枚に、熱電対１０、１０本の導通端子７を所定の位置に形成し、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して支持体１１を準備した。

その後、前記支持体１１の上に、均熱板２を重ね、その外周部を弾性体８を介してネジ締めすることにより図１に示した本発明のウエハ加熱装置１とした。

そして、このようにして得られたウエハ加熱装置１の導電端子７に通電して８０℃で保持し、載置面３の上に載せたウエハ表面の温度分布を中心とウエハ半径の２／３の周上の６分割点６点の合計７点の温度バラツキが１℃以内となることを確認した後、温度設定を１５０℃に変更し、ウエハＷを載せてウエハＷが１５０℃に保持されるまでのウエハ面内の温度バラツキの過渡特性を各サンプル５サイクル調査しその最大値を測定値とした。

評価基準としては、ウエハ面の温度上昇時の温度バラツキが１０℃以内であるものをＯＫとし、それを超えるものはＮＧとした。また、温度が保持温度±１℃に安定するまでの時間を測定し６０秒以下のものをＯＫとし、これを超えるものは、ＮＧとした。

それぞれの結果は表１に示す通りである。

表１から判るように、均熱板２の載置面３の突出量ａが１０μｍ未満であるＮｏ．１〜３と前記突出量ａが８０μｍを超えるＮｏ．９は、８０℃から１５０℃への昇温過渡時の温度バラツキが１０℃を超え、１５０℃に安定するまでの時間が６０秒を超えるので好ましくない。これに対し、前記突出量ａが１０〜８０μｍとなるＮｏ．４〜８は、昇温過渡時の温度バラツキが１０℃以下であり、１５０℃に安定するまでの時間も、６０℃以下となった。

実施例２
ここでは、均熱板２と絶縁層４となるガラスの熱膨張率の差と、均熱板２の載置面３の突出量ａの関係を調査した。ガラスの熱膨張率は、熱膨張率が２．８×１０^−６ｄｅｇ^−１と３．８×１０^−６ｄｅｇ^−１、４．８×１０^−６ｄｅｇ^−１のガラスを適宜混合することにより調整し、実施例１と同様にしてサンプルを作製し、突出量ａの大きさおよび昇温過渡時の温度バラツキ、保持温度までの安定時間を実施例１と同様にして測定した。
また、窒化アルミニウムを主成分とし、焼結助剤として５重量％のＹ_２Ｏ_３を含有する１ｍｍのグリーンシートを５枚積層して５ｍｍにしたグリーンシート上に、ＷＣからなる発熱抵抗体５を所望の形状に形成し、その上に電極引出部となるＷＣからなるペーストを充填したビアホールを形成した別のグリーンシートを５ｍｍ分重ねて密着したものから円盤状の生成形体を切り出し、これを窒素ガス中８００℃で脱脂したのち、１９００〜２１００℃で焼成して円盤状の窒化アルミニウムからなる均熱板２を得た。その後、熱膨張率が２．９×１０^−６ｄｅｇ^−１、３．９×１０^−６ｄｅｇ^−１、４．９×１０^−６ｄｅｇ^−１のガラスを適宜混合することにより絶縁層４の熱膨張率を調整し、実施例１と同様にしてサンプルを作製し、突出量ａおよび昇温過渡時の温度バラツキ、保持温度までの安定時間を実施例１と同様にして測定した。

なお、絶縁層４の厚みは、２００μｍとした。結果を表２に示す。

表２に示すように、ガラスの熱膨張率が均熱板２の基材の熱膨張率に対し０．７×１０^−６ｄｅｇ^−１よりも小さいＮｏ．６、１２は突出量ａが９０μｍとなり、またガラスの熱膨張率と均熱板２の基材の熱膨張率の差が０．２×１０^−６ｄｅｇ^−１より小さいＮｏ．１、７は、突出量ａが０μｍとなり、いずれも昇温過渡時の温度バラツキが１０℃より大きくなり、昇温時間が６０秒を超えて大きくなった。これに対し、ガラスの熱膨張率を均熱板２の基材の熱膨張率に対し０．２〜０．７×１０^−６ｄｅｇ^−１小さくなるようにしたＮｏ．２〜５、８〜１１は、突出量ａが１０〜８０μｍとなり、昇温過渡時の温度バラツキも１０℃以下で、前記昇温時間も６０秒以下で、良好な特性を示すことが判った。

実施例３
直径３３０ｍｍ、厚み３ｍｍの炭化珪素板に実施例１と同様にして絶縁層４および発熱抵抗体５を形成した。この時、絶縁層４の熱膨張率を調整することにより、均熱板２の載置面３側への突出量を＋８０μｍ、＋４０μｍ、０μｍ、−４０μｍ、−８０μｍ、−１２０μｍと調整した均熱板２を準備し、支持体１１に組み込んで給電部６に導通端子７を押圧し、組み付けた状態で、均熱板２の載置面３の突出量を測定した。また、こうして準備した試料を実施例１と同様な方法で昇温特性を評価した。
結果を表３に示した。

表３から判るように、均熱板２の載置面３の突出量ａが１０μｍ未満であるＮｏ．１〜４は、８０℃から１５０℃への昇温過渡時の温度バラツキが１０℃を超え、１５０℃に安定するまでの時間が６０秒を超えるので好ましくない。これに対し、前記突出量ａが１０〜８０μｍとなるＮｏ．５〜６は、昇温過渡時の温度バラツキが１０℃以下であり、１５０℃に安定するまでの時間も、６０℃以下となった。

２：均熱板
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
２０：支持ピン
２３：ＳｉＯ_２膜
Ｗ：半導体ウエハ

Claims

セラミックスからなる均熱板の一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面に発熱抵抗体を有するとともに、該発熱抵抗体と電気的に接続される給電部を前記他方の主面に具備してなるウエハ加熱装置において、前記発熱抵抗体は前記他方の主面に形成されたＳｉＯ _２膜の上に形成された絶縁層の上に形成されており、かつ、非加熱時の前記均熱板の載置面を凸状としたことを特徴とするウエハ加熱装置。
前記凸状をした載置面の突出量が１０〜８０μｍであることを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
前記均熱板の載置面に、載置面に対しウエハを離間して保持するための複数の支持ピンを備えたことを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
前記セラミックスが炭化珪素、窒化アルミニウム、炭化硼素、窒化硼素のいずれか一種を主成分とするセラミックスからなることを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。