(57)【要約】【課題】        加熱開始から冷却終了までの間の温度分布をより均一にできる加熱体及びこれを搭載した装置を提供する。【解決手段】    本発明の半導体製造装置用加熱体は、被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材と抵抗発熱体とから構成される加熱体であって、該加熱体を構成する基材の一部もしくは全ての材料が、単位体積当りの熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で、かつ熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材と抵抗発熱体とから構成される加熱体であって、該加熱体を構成する基材の一部もしくは全ての材料が、単位体積当りの熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で、かつ熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする半導体製造装置用加熱体。
【請求項２】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、その背面に抵抗発熱体として金属あるいは合金製の箔を取り付けていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項３】
被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材と、その背面に配される基材と、抵抗発熱体とから構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項４】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、前記その背面に配される基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、抵抗発熱体として金属あるいは合金製の箔をその間に挟み込んでいることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項５】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、前記その背面に配される基材の材料が、セラミックスで構成され、抵抗発熱体として金属あるいは合金製の箔をその間に挟み込んでいることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項６】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、前記その背面に配される基材の材料が、セラミックスで構成され、抵抗発熱体としての回路を該セラミックス上に形成していることを特徴とする請求項３に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項７】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の厚みａと、前記その背面に配される基材の厚みｂの比率（ａ／（ａ＋ｂ））が、０．０５以上、０．９５以下の範囲にあることを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項８】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の温度を検出するための温度センサーの温度検出部が、前記加熱面と抵抗発熱体との間にあり、抵抗発熱体から５ｍｍ以内の距離にあることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項９】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の輻射率が、０．５以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１０】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の輻射率が、０．８以上であることを特徴とする請求項９に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１１】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の平面度が、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１２】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の平面度が、０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１３】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の背面の平面度が、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１４】
前記その背面に配される基材の抵抗発熱体側の面の平面度が、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３乃至１３のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１５】
前記加熱体の中心から該加熱体の１／２の半径の領域の発熱密度ｃ（Ｗ／ｃｍ２）と、その外側の領域の発熱密度ｄ（Ｗ／ｃｍ２）との比（ｃ／（ｃ＋ｄ））が、０．０５以上、０．４９以下であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１６】
前記金属あるいは合金が、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）から選ばれた１種以上の金属あるいは合金であることを特徴とする請求項２乃至１５のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１７】
前記金属とセラミックスの複合体が、シリコンと炭化ケイ素の複合体、アルミニウムと炭化ケイ素の複合体、アルミニウムと窒化アルミニウムの複合体から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項２乃至１５のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１８】
前記セラミックスが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項５乃至１５のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１９】
前記加熱面に輻射率が高い材料を被覆していることを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２０】
前記被覆材料が、セラミックスであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２１】
前記セラミックスが、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボン（Ｃ）から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項２０に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２２】
前記被覆材料が、耐熱性樹脂であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２３】
前記耐熱性樹脂が、ポリイミド、フッ素樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項２２に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２４】
抵抗発熱体を構成する成分が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ステンレス（ＳＵＳ）から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２５】
請求項１乃至２４のいずれかに記載の半導体製造装置用加熱体を設置した半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加熱物を搭載して熱処理するための加熱体と、これを搭載した装置に関する。より詳しくは、半導体製造装置に好ましく使用でき、特に半導体ウェハを熱処理するために使用する加熱体、及びこの加熱体を搭載した加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う半導体製造装置では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するための加熱体が用いられている。
【０００３】
例えば、フォトリソグラフィー工程においては、ウェハ上にレジスト膜パターンが形成される。この工程では、ウェハを洗浄後、加熱乾燥し、冷却後ウェハ表面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー処理装置内の加熱体上にウェハを搭載し、乾燥した後、露光、現像などの処理が施される。このフォトリソグラフィー工程では、レジストを乾燥あるいは焼き付けるときの温度が塗膜の品質に大きな影響を与えるので、加熱体の処理時の温度の均一性が重要である。
【０００４】
また、これらのウェハの処理はスループットを向上させるために、できるだけ短時間で終わらせることが要求される。このため、発明者等は、加熱したヒータを短時間で冷却するために冷却手段を有する半導体製造装置を検討してきた。例えば、特許文献１では、ヒータのウェハ搭載面とは反対側の面に、当接、分離が可能な冷却モジュールを備えた半導体製造装置を提案した。
【０００５】
また、特許文献２では、冷却モジュールに冷却用液体の流路を形成し、冷却速度をさらに向上させるとともに、冷却開始から冷却終了までのヒータの温度の均一性を保つような半導体製造装置を提案した。
【特許文献１】特開２００４−０１４６５５号公報
【特許文献２】特願２００３−３８７７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最近の電子デバイスなどの半導体製造プロセスにおいては、更なるヒータの温度分布の均一性が要求されており、加熱保持中はもちろんのこと、冷却開始から冷却終了までの間のヒータの温度分布の更に高い均一性が要求されている。また、昇温や冷却速度の更なる向上も要求されている。
【０００７】
フォトリソグラフィー工程の露光には、最近の半導体の微細配線化に伴い、ＫｒＦやＡｒＦが光源として用いられるようになり、レジスト膜には化学増幅膜が用いられる。この工程では露光時に発生した酸が触媒となって、レジスト膜がその後の現像工程で可溶化して洗い流すことが可能となる。露光後にレジスト膜を硬化させるPEB（Post Exposure Baking：露光後にレジスト膜を固化させる）工程の温度によって酸が拡散し、その移動量は温度に強く依存する。そのためフォトリソグラフィーによるパターン精度を向上させるにはレジストの固化温度を厳密に制御する必要がある。露光前のPAB（Post Applied Baking：レジスト膜をスピナーでコートした後、溶媒を揮散させて粘度を上げることにより露光時の流れを防止するための工程）工程でもレジスト膜の粘度によって露光後の酸の拡散が影響されるため、温度を厳密に制御する必要がある。PEB工程やPAB工程における反応は昇温過程でも起こり、その温度ばらつきがパターン精度に強く影響するため、昇温過程でも温度ばらつきを厳しく制御する必要がある。
【０００８】
枚様式によって１枚ずつウェハ処理される場合、そのスループットを上げるために、例えば１枚/分程度のスピードで次々に処理されていく。通常、加熱体上に被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する際、被処理物は常温あるいは若干予熱した状態で加熱体上に載置される。このため載置直後には加熱体の温度が下げられ、その後加熱体に形成した同心円状や渦巻状の抵抗発熱体に通電し、発熱させることにより加熱体の温度を上昇させ、被処理物を昇温する。被処理物を載置後、長時間保持すれば徐々に熱拡散して被処理物の温度は均熱とすることができるが、スループットは上げられない。スループットを上げるためには、例えば加熱体上に被処理物を載置後、３０秒程度の過渡状態で均熱性を制御することは非常に難しいが、PEB工程やPAB工程で用いられる加熱体は、ウェハを載置して温度が低下した後、素早く昇温し、かつ素早く温度ばらつきが安定することが要求される。
【０００９】
しかしながら、現在の加熱体においては、加熱体の温度が定常状態になった際は比較的良好な温度分布を示すものの、前記のように加熱体の昇温中である過渡状態では、加熱体内の温度ばらつきが大きいため、フォトリソグラフによる良好な微細配線パターンを形成することは困難であった。
【００１０】
また、PAB工程やPEB工程では、加熱体の温度を変えて処理することも多く、例えば、１８０℃で処理後、加熱体の温度を５０℃冷却して、１３０℃で処理するようなことも行われている。この場合も、スループットを上げるために、冷却開始後できるだけ早く、加熱体が均熱になるようにするという要求もあった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、昇温開始から冷却終了までの間の温度分布をより均一にできる加熱体及びこれを搭載した装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、加熱体を構成する基材の一部もしくは全ての材料が、単位体積当りの熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で、かつ熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であれば、加熱体内の温度分布を従来に比較して向上させることを見出した。
【００１３】
すなわち、本発明の半導体製造装置用加熱体は、被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材と抵抗発熱体とから構成される加熱体であって、該加熱体を構成する基材の一部もしくは全ての材料が、単位体積当りの熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で、かつ熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。
【００１４】
熱容量が、２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上とすることにより、加熱体上に被処理物を載置した時の加熱体の温度が下がり難いので、均熱性を損なうことが少なくできる。そのため、抵抗発熱体の発熱により、温度が復帰したときの加熱体の温度分布が小さくなり、加熱体上に載置した被処理物の温度分布も小さくすることができる。更に、加熱体の温度分布が大きくなっても、熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導率の材料で構成されていると、熱が素早く拡散して加熱体の温度分布を小さくすることができる。特に、過渡状態での温度分布を小さくすることができる。熱容量は、３．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上であるとこのような効果はさらに大きくなる。
【００１５】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、その背面に抵抗発熱体として金属あるいは合金製の箔を取り付けていることが好ましい。
【００１６】
また、被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材と、その背面に配される基材と、抵抗発熱体とから構成されていてもよい。前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、前記その背面に配される基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、抵抗発熱体として金属あるいは合金製の箔をその間に挟み込んでいる構成でもよい。
【００１７】
あるいは、前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、前記その背面に配される基材の材料が、セラミックスで構成され、抵抗発熱体として金属あるいは合金製の箔をその間に挟み込んでいる構成でもよく、さらに、前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の材料が、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体で構成され、前記その背面に配される基材の材料が、セラミックスで構成され、抵抗発熱体としての回路を該セラミックス上に形成している構成としてもよい。
【００１８】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の厚みａと、前記その背面に配される基材の厚みｂの比率（ａ／（ａ＋ｂ））が、０．０５以上、０．９５以下の範囲にあることが好ましい。加熱面を有する基材とその背面に配される基材とで構成する場合、抵抗発熱体の上下で、厚みのバランスが崩れると、反りが発生して平面度が大きくなって、被処理物の温度分布が大きくなるからである。更に、前記比率を０．０５以上、０．４９以下にすれば、抵抗発熱体を被処理物加熱面に近づけることができるので、抵抗発熱体で発生する熱を素早く被処理物に伝達することができるので、特に過渡状態での被処理物の温度分布をよくすることができる。
【００１９】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の温度を検出するための温度センサーの温度検出部が、前記加熱面と抵抗発熱体との間にあり、抵抗発熱体から５ｍｍ以内の距離にあることが好ましい。温度センサーは、抵抗発熱体への電力供給装置へ検出した信号を送って、電力供給装置による温度制御を行うが、温度センサーの温度検出部が前記位置にあれば、抵抗発熱体で発生した熱が、加熱面に到達する前に、温度を検出して、温度が過剰な場合は電力供給を抑制し、また温度不足の場合は電力供給を増加させることができる。このため、温度制御の制御性を高めることができる。
【００２０】
特に、コーダデベロッパにおける樹脂焼成においては、温度が指定温度より高くなってしまうと、急速にパターン精度の低下を引き起こしてしまうため、温度のオーバーシュートの許容は０．１℃程度と厳しい。このような場合に、温度検出部を前記位置にしておけば、温度制御が容易になるので好ましい。
【００２１】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の輻射率は、０．５以上であることが好ましい。輻射率を０．５以上とすることにより、加熱体から被処理物へ熱が素早く伝わるので、被処理物の特に過渡状態での均熱性を高めることができる。更に、該輻射率は、０．８以上であれば、均熱性はより向上させることができる。
【００２２】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の平面度は、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。該平面度を０．１ｍｍ以下にすることにより、加熱体から被処理物への熱伝達が均一となり、特に被処理物の過渡状態での均熱性を高める効果がある。該平面度が０．０５ｍｍ以下にすれば、均熱性を高める効果がさらに顕著になる。
【００２３】
前記被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材の該加熱面の背面の平面度が、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。該平面度を０．１ｍｍ以下にすることにより、抵抗発熱体で発生した熱が、均一に加熱面を有する基材に伝わり、設計通りの加熱特性を得ることができる。該平面度は、０．０５ｍｍ以下にすれば、さらにその効果が顕著になる。
【００２４】
前記その背面に配される基材の抵抗発熱体側の面の平面度が、０．１ｍｍ以下であることが好ましい。該平面度を０．１ｍｍ以下にすることにより、被処理物を加熱面に設置したことによって加熱体の温度が下がる際、抵抗発熱体の背面に存在してその熱容量による温度低下防止の効果を示す背面材への冷却が均一に伝わり、加熱体の温度低下が加熱面と平行方向において均一になるため、被処理物の温度の均一化が起こりやすく好ましい。
【００２５】
加熱体や被処理物が板状の場合、外周ほど熱が放散して温度が下がりやすい。このため、いわゆるセンターホットになりやすいので、発熱密度は、内周に比べて外周の方を高くして熱収支を合わせることにより、被処理物の過渡状態における均熱性を高めることができる。装置内において外周の放熱量と内周の放熱量を把握して、その放熱量の差の分だけ、外周側の発熱量を多くなるように設計すれば、加熱体の均熱性をより高くすることができる。具体的には、前記加熱体の中心から該加熱体の１／２の半径の領域の発熱密度ｃ（Ｗ／ｃｍ２）と、その外側の領域の発熱密度ｄ（Ｗ／ｃｍ２）との比（ｃ／（ｃ＋ｄ））が、０．０５以上、０．４９以下であることが好ましい。
【００２６】
前記金属あるいは合金が、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、アルミニウム（Ａｌ）が熱容量、熱伝導率がともに高く、これらから選ばれた１種以上の金属あるいは合金であることにより、特に過渡状態での均熱性が高くすることができるので、好ましい。
【００２７】
また、前記金属とセラミックスの複合体が、シリコンと炭化ケイ素の複合体、アルミニウムと炭化ケイ素の複合体、アルミニウムと窒化アルミニウムの複合体から選ばれた１種以上であれば、熱容量や熱伝導率が比較的高いので、特に過渡状態での均熱性を高くすることができるので、好ましい。セラミックスの比率が上がるほど、熱容量が大きくなるので、セラミックスの比率は５０％以上でることが好ましい。
【００２８】
また、前記セラミックスは、耐熱性、高熱伝導率の観点から、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）から選ばれた１種以上であることが好ましい。
【００２９】
また、前記加熱面の輻射率が高くない場合、前記加熱面に輻射率が高い材料を被覆すれば、輻射率を上げることができ、被処理物を素早く加熱し、過渡状態での均熱性を高めることができるので好ましい。該被覆材料は、セラミックスであることにより、高い輻射率を得やすく、耐熱性の観点からも好ましい。
【００３０】
前記セラミックスは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボン（Ｃ）から選ばれた１種以上であることが好ましい。このような材料にすることにより、高輻射率が得やすく、耐熱性も高くすることができる。また、これらの材料は、溶射、蒸着、スプレー、印刷焼付けなどによって被覆することが容易にできるので、安価に被覆することができる。特に、加熱面を構成する基材がアルミニウムの場合には、アルマイト処理により、表面に酸化アルミニウム膜を形成することが容易であり好ましい。
【００３１】
高輻射被覆材の厚みは薄すぎると輻射効果が少なく、厚すぎると下地材料と被覆材の熱膨張率の差異により熱応力が発生し、特にヒートサイクルが掛かった際に割れや剥離が生じてしまう。好ましくは１〜５００μｍが好ましい。被処理物を載置またはある一定の距離を離して加熱する面の平面度を上げるためには被覆後研磨をしても良い。例えばアルマイトの場合、５〜７μｍ厚みでの輻射率は０．８５、３０μｍ厚みでの輻射率は０．９５と変化する。そのため厚みはさらに好ましくは２０〜２００μｍである。
【００３２】
また、加熱体の使用温度が４００℃以下である場合には、前記被覆材料は、耐熱性の高輻射率の樹脂であってもよい。耐熱性の高輻射率の樹脂を用いることにより、非常に安価に加熱面の輻射率を向上させることが可能となる。このような耐熱性樹脂として、ポリイミド、フッ素樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかであることが好ましい。このような樹脂とすることによって、高輻射率を得やすく、耐熱性も高く、溶射、蒸着、スプレー、印刷焼付け、スピナーなどによる被覆が行いやすいので、安価に被覆することができる。また上記耐熱樹脂の片面に耐熱接着剤を有したテープを被処理物載置面に貼り付ければ、非常に安価に簡便に高輻射面を形成できるため好ましい。厚みは薄すぎると輻射効果が少なく、厚すぎると熱抵抗になってしまうため過渡状態での均熱性を低めることになるので、好ましくない。このため、厚みは１〜５００μｍが好ましい。
【００３３】
抵抗発熱体を金属あるいは合金の箔で形成することにより、箔のエッチングや打ち抜きにより簡単に量産しやすいため、量産に向いており好ましい。金属と金属あるいは金属とセラミックスの間に抵抗発熱体を挟みこんで用いる場合、金属と抵抗発熱体が触れると電気的にショートしてしまうため、金属と抵抗発熱体の間に絶縁箔や絶縁樹脂等を挟み込んで、絶縁を取る必要がある。絶縁用には絶縁性、耐熱性が高く安価であることからポリイミド、フッ素樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、マイカ等が好ましい。
【００３４】
絶縁用のシートの熱伝導率は一般に金属や高熱伝導性セラミックスに比べ熱伝導率が低いため、薄いほど熱抵抗にならないため好ましいが、薄すぎると絶縁が十分に取れず、破損しやすくなるため、絶縁箔や絶縁樹脂の厚みは１〜５００μｍ程度が好ましい。輻射率の効率と熱抵抗のバランスから絶縁箔や絶縁樹脂の厚みは２０〜２００μｍが好ましい。また絶縁箔や絶縁樹脂に厚みばらつきが存在すると、局所的な電界集中による絶縁破壊が生じる恐れがあるため、厚みばらつきは２０％以内であることが好ましい。
【００３５】
金属と抵抗発熱体の間に絶縁シートを挟みこんで絶縁を得る場合、抵抗発熱体に電力を供給する柱状もしくは箔状の電極を、金属に開けた穴を通じて引き出すことがある。その際、金属穴径ｅと絶縁シート穴径ｆの間には、ｅ≦ｆとなると絶縁が取れない。ｅ＝ｆの場合もセッティング公差から危険であり、ｆ≦ｅ−０．１（ｍｍ）とする必要がある。あるいは金属板の側に０．１ｍｍ以上の深さの座繰りを設ける、あるいは金属の穴部にエッジに０．１ｍｍ以上の面取りを施して、抵抗発熱体と金属板が接しないようにする必要がある。
【００３６】
また、抵抗発熱体が、セラミックスに形成した金属回路で形成されることにより、印刷や蒸着によって微細回路を正確に形成できるので好ましい。絶縁は抵抗発熱体上にセラミックス(ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ等)やガラスを被覆して焼き付ければ容易に絶縁が取れる。
【００３７】
抵抗発熱体を構成する成分は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ステンレス（ＳＵＳ）から選ばれた１種以上であることが、耐熱性の観点から好ましい。２種以上の場合、Ａｇ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒ等が好ましい。セラミックスは、耐熱性、高熱伝導率の観点から、窒化アルミニウム(ＡｌＮ)、炭化ケイ素(ＳｉＣ)、酸化アルミニウム(Ａｌ２Ｏ３)が好ましい。
【００３８】
加熱体の温度を変えて熱処理するために、急速冷却して温度を変え、過渡状態での均熱レンジを抑制して熱処理するために、冷却モジュールを設置するとそれを達成しやすく好ましい。冷却モジュールは常設タイプでなく、加熱状態では加熱体から離して設置し、冷却するときに冷却モジュールを加熱体に押し付けて熱を奪い、急速冷却を起こすように可動方式にする方が好ましい。
【００３９】
以上のような半導体製造装置用加熱体が金属製の容器に収容されている半導体製造装置とすることにより、環境の変動を受け難くなる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、加熱体を構成する基材の一部もしくは全ての材料が、単位体積当りの熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で、かつ熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上とすることで、加熱体の温度分布をより均一にすることができ、特に過渡状態における温度分布を均一にすることができる。また定常状態においても均一な温度分布を実現することができる。このような加熱体を搭載した半導体製造・検査装置、あるいはフラットディスプレイパネルの製造・検査装置、またはフォトレジスト加熱処理装置は、従来の装置よりも加熱体の温度分布がより均一になるので、半導体やフラットディスプレイパネルの特性や歩留り、信頼性あるいは集積度や画像品質の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の半導体製造装置用加熱体は、被処理物を載置あるいは一定の距離を離して加熱する加熱面を有する基材と抵抗発熱体とから構成される加熱体であって、該加熱体を構成する基材の一部もしくは全ての材料が、単位体積当りの熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で、かつ熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする。
【００４２】
加熱体を構成する基材の熱容量は、ウェハが載置された際の加熱体の温度の低下量に影響を及ぼす。すなわち、基材の熱容量が大きいと載置したウェハに取られる熱量の影響は制限され、温度が設定値に素早く回復する。また、ウエハ載置後の基材の温度は載置したウエハに熱量を取られるため、前述のように温度の低下を引き起こすが、この温度の低下の大きさは基材内の場所によって異なる。最も単純な条件下では、ウエハの中心部に相当する基材の部分が最も多くの熱量を取られるため、温度の低下量は大きい。一方、ウエハに面しない基材の部分では熱量の変化は少なく温度の低下は抑制される。このように基材とウェハの大きさや位置関係等により、載置したウエハの影響を受けて、様々な温度低下による温度分布を発生させる。ウエハの温度分布を迅速に均熱化するためには、基材の温度分布を好ましい状態にすることが求められるため、このような基材の温度分布はウエハの均熱化には大きな障害となる。
【００４３】
このように発生する基材の温度分布を防ぐには、ウエハ載置後の基材の温度低下量を抑制し、かつ、温度低下後に好ましい温度分布を形成するような制御が必要である。ウエハの均熱化に好ましい温度分布を形成させるには、ウエハに取られた熱量を考慮して必要な熱量を可能な限り短時間に供給することが求められる。さらに、先に述べたように、ウエハに取られる熱量は、基材内で一定でなく不均一である。このような要求に応えるために、基材に熱容量および熱伝導性の大きな材料を用いれば、基材の温度低下を抑制することができることを見出した。熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上の場合、被処理物載置時に加熱体の温度低下を抑制できるため過渡状態での均熱性向上が可能であり好ましい。また熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上であれば、均熱性が低下しても、急速な熱拡散により均熱化が行えるため、過渡状態での均熱性を向上させることが可能となる。
【００４４】
加熱体を構成する基材の材料は、金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスとの複合体で構成されることが好ましい。例えばＡｌは単位体積当りの熱容量は２．４Ｊ／Ｋ・ｃｍ３で、熱伝導率が２３６Ｗ／ｍＫであるため過渡状態での均熱性を向上させることが可能となる。Ａｌは表面のアルマイト処理により絶縁化および高輻射率化が容易に図れるため好ましい材料である。
【００４５】
さらに好ましくは単位体積当たりの熱容量が３．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上であることにより、大幅な基材の温度低下を抑制でき、効果が著しくなる。単位体積当たりの熱容量が３．０Ｊ／Ｋｃｍ３以上であり、かつ熱膨張率が５０Ｗ／ｍＫ以上である材料は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｄなどが存在する。Ｃｕは熱容量：３．４Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：４０３Ｗ／ｍ・Ｋで非常に好ましい材料である。またＮｉは熱容量：３．９Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：９４Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｆｅは熱容量：３．４Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：８４Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｃｏは熱容量：３．８Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：６９Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｐｄは熱容量：３．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：７２Ｗ/ｍ・Ｋであり好ましい材料である。
【００４６】
また、金属とセラミックスの複合体では、シリコンと炭化ケイ素の複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）はＳｉＣ比率が３０％では熱容量：２．２８Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、ＳｉＣ比率が７０％では熱容量：３．００Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：１７２Ｗ／ｍ・ＫとＳｉＣ比率が高いほど、熱容量、熱伝導率両面から好ましい。また、アルミニウムと炭化ケイ素の複合体（Ａｌ−ＳｉＣ）は、例えば、ＳｉＣ比率３０％では熱容量：２．３Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：１５０Ｗ／ｍ・Ｋであり好ましい。更に、アルミニウムと窒化アルミニウムの複合体（Ａｌ−ＡｌＮ）は、例えばＡｌＮ比率７０％では熱容量：２．７５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３、熱伝導率：１７６Ｗ／ｍ・Ｋと熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で熱伝導率も５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であり好ましい。
【００４７】
前記基材の加熱面の輻射率を０．５以上とすることにより、加熱体から被処理物へ熱が素早く伝わるので、被処理物の特に過渡状態での均熱性を高めることができる。輻射率は、一般に金属は低く、セラミックスや樹脂は高い傾向にある。金属や合金や金属-セラミックス複合体の方が安価で、セラミックスのような非均一系の焼結現象を経て焼結体を得る場合と異なり、均一系から製造が可能であるため特性が安定しており好ましい。そのため、本発明の加熱体の材質は特に制約はないが、耐熱性、コストの観点から金属あるいは合金あるいは金属-セラミックス複合体が好ましい。樹脂で加熱体の素材を形成するのは耐熱性、剛性の観点から好ましくない。
【００４８】
そのため上記のような高熱容量、高熱伝導性の金属や合金や金属-セラミックス複合体の表面を高輻射材料で被覆することにより、高熱容量でかつ高熱伝導性でかつ高輻射の加熱体が得られる。
【００４９】
被覆材としては高輻射のセラミックスや耐熱性樹脂が好ましい。セラミックスではＡｌＮやＳｉＣやＡｌ２Ｏ３やＳｉＣあるいはＣのようなセラミックス粉末を溶射したり蒸着して被覆する方法がある。被覆厚みが薄すぎると高輻射の効果が少なく、厚すぎると金属とセラミックスの熱膨張率差に起因する熱応力で、セラミックス被覆が割れたり剥離したりするため、厚みは１〜５００μｍの範囲が好ましく、さらに１．５〜２００μｍの範囲が被覆しやすくコストの面からも好ましい。厚みばらつきが存在すると輻射熱のばらつきが発生して過渡均熱レンジ抑制を阻害するので、厚みばらつきは２０％以内が好ましい。
【００５０】
金属あるいは合金あるいは金属とセラミックスの複合体と前記セラミックス被覆の間に、密着力を改善したり熱応力を緩和するために熱応力緩和層を１層あるいは複数層の下地層を形成してから、セラミックス被覆を施すことが好ましい。例えば、ＴｉＣやＴｉＮを被覆した後に、Ａｌ２Ｏ３を被覆すると、熱応力が緩和されて密着強度が向上する。
【００５１】
溶射は安価に２００〜５００μｍの厚膜が得やすいが、表面の平面度が大きくなってしまうため、溶射後研磨を行って平面度を得る方法もある。表面粗さは粗すぎると輻射率にばらつきが生じてしまい、鏡面に近くなると反射率が高くなり輻射率が低下してしまうため、表面粗さは、Ｒａで０．０５μｍ以上、２０μｍ以下であることが好ましい。Ｒａで０．１μｍ以上、５μｍ以下が製造しやすくコストの観点から好ましい。
【００５２】
蒸着はバッチ処理になってしまうため、量産効果が望めず高価になってしまうが、均一膜を高密着力で得ることが可能となる。
【００５３】
また金属や合金や金属-セラミックス複合体の表面に耐熱樹脂被覆しても良い。ポリイミドは耐熱性や絶縁性が高く、３００℃以下なら問題なく使用できる。ポリイミドシートの片面に耐熱性の粘着材の付いたシートを貼って使用しても良い。あるいはポリイミドペーストを印刷やスピナー等で塗布したあと、焼き付けても構わない。ポリイミド以外にフッ素樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂等、耐熱性が高く輻射率の高い樹脂なら良い。
【００５４】
金属あるいは合金あるいは金属-セラミックス複合体は導電性があるため、これらの材料と、抵抗発熱体との間を十分に絶縁してやる必要がある。例えばポリイミド樹脂シートやマイカシート、あるいは樹脂やセラミックスを被覆することが好ましい。ポリイミドの熱伝導率は、０．５Ｗ／ｍＫ、マイカシートの熱伝導率は０．７Ｗ／ｍＫと、いずれも金属や合金や金属-セラミックス複合体より遥かに熱伝導性が低いので熱抵抗要因となるため、出来るだけ薄いほうが好ましいが、薄すぎると十分な絶縁効果が得られず、あるいは破損しやすくなり信頼性に欠けるようになる。このため１〜５００μｍ程度が好ましいが、特に２０〜２００μｍが絶縁性や耐破損性が充分で熱抵抗が問題にならない程度の厚みであり好ましい。また厚みバラツキは±１０％以内に抑えた材料を用いることが好ましい。厚みバラツキが±１０％を超えると、絶縁シートの両面に対して印加された電圧が、絶縁シートの薄い箇所に集中して絶縁破壊を起こしやすくなる。
【００５５】
また加熱面の平面度は大きすぎると被処理物との接触状況あるいは接近状況が場所によって変化して、過渡状態での均熱性を下げてしまう要因となってしまうため、０．１ｍｍ以下が好ましい。特に０．５ｍｍ以下にすると特に被処理物と加熱面の接触や間隔が全面に亘って均一になるため好ましい。
【００５６】
また金属表面はある程度粗くしたほうがセラミックスや樹脂を被覆する際、アンカー効果で密着性が向上するが、金属表面を粗くしすぎると被処理物と加熱体表面の接触あるいは空間のばらつきが大きくなりすぎて過渡状態での均熱性を悪くするので好ましくない。表面粗さは、Ｒａで０．００５〜５μｍが好ましく、０．０１〜１．０μｍが、密着性が充分得られながら均熱性も充分取れる範囲であり好ましい。
【００５７】
セラミックスは、そのまま金属回路を印刷焼成、あるいはマスクして蒸着やスパッタ等を行うことにより抵抗発熱体との間の絶縁の問題に危惧することなく、かつ高精度で回路形成が出来る点で優れている。そのため被処理物加熱面の背面側にセラミックスに抵抗発熱体を形成したセラミックスヒータを配置し、被処理物加熱面側には高熱容量、高熱伝導性の金属あるいは金属合金あるいは金属-セラミックス複合体を用いるハイブリッドヒータを用いることも好ましい。
【００５８】
セラミックスの材質としては、各種セラミックスが選択できる。特にパーティクルの発生を抑えるために、気孔などの欠陥が極力少ないセラミックスが好ましい。特に気孔率が１％以下であれば、パーティクルの発生を抑えることができるため好ましい。逆に気孔率が１％を超える場合、表面上における気孔部のエッジと、ウェハなどの載置物との摩擦やこすれによって、セラミックス側の気孔部のエッジが脱落しやすくなり、パーティクルを発生しやすくなるため好ましくない。気孔率が１％以下であれば、材質の選択はその用途において適切なものを選択すればよい。まず、加熱体の載置面の温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。機械的強度などの信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。またコストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。
【００５９】
これらのセラミックスの中でも、性能とコストのバランスを考慮すれば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好適である。以下に、本発明のヒータの製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。
【００６０】
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの粒子が相対的に大きいため焼結性が低下する。このため、焼結温度が２０００℃を超えるような温度でなければ焼結することができず、例えば焼結炉としてカーボンを使用した炉を用いる場合は、焼結時にカーボンの蒸気圧が上昇し、カーボンが劣化する速度が速くなるため好ましくない。
【００６１】
また、５．０ｍ２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。すなわち、比表面積が大きくなりすぎると、粉末の凝集が強くなり、焼結助剤との混合性が悪くなり、焼結温度が高くなるため、上記と同様に好ましくない。また粉末の比表面積が大きくなると、相対的にＡｌＮ粉末の表面の存在する酸素量の増大を招き、焼結体の熱伝導率が低下するため、好ましくない。
【００６２】
更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進するとともに、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。
【００６４】
希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましくは焼結助剤の添加量は、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤の存在量が大幅に少なくなるので、耐食性が向上する。
【００６５】
また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。
【００６６】
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。
【００６７】
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。
【００６８】
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、プレス圧力は、９．８ＭＰａ以上であることが望ましい。９．８ＭＰａ未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。
【００６９】
成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。このため、脱脂体内のカーボン量が相対的に多くなり、そのカーボンがＡｌＮの焼結を阻害するため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００７０】
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないので、脱脂処理後の成形体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００７１】
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００７２】
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００７３】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に成形体が収縮する際の治具と成形体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない、すなわち変形の少ない焼結体を得ることができる。
【００７４】
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。
【００７５】
上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。
【００７６】
また、この時、両加工面の平行度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０．５ｍｍを超えるとスクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、スクリーン印刷する面の平面度は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。
【００７７】
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。また、銀やパラジウム、白金などの混合物や合金を用いることもできる。
【００７８】
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物やＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などが好ましい。特に、酸化イットリウムはＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので、好ましい。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また３０ｗｔ％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００７９】
次にこれらの粉末を十分に混合し、バインダー、溶剤を加え導電ペーストを作製する。これを用いてスクリーン印刷によって回路パターンを形成する。導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎるとともに、密着強度も低下する。また、厚みが１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。
【００８０】
また、形成する抵抗発熱体のパターン間隔は０．１ｍｍ以上が好適である。０．１ｍｍ未満の間隔では、抵抗発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。また抵抗発熱体パターンだけではなく、ＲＦ電極、静電チャック用電極をスクリーン印刷によって形成することも可能である。
【００８１】
次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので好ましくない。
【００８２】
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が非常に高くなり好ましくない。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中の含有する焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。
【００８３】
次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、金属層が形成されているセラミックスと同材質のものを使用することが好ましい。これは、セラミックスと絶縁性コート膜の組成が大幅に異なると、当然のことながら熱膨張係数も異なるため、焼成後に反りが発生するなどの問題が生じるため好ましくない。例えば、窒化アルミニウムの場合、窒化アルミニウムに焼結助剤として所定量のＩＩａ、ＩＩＩａ族酸化物や炭酸化物を加え、混合し、これにバインダーや溶剤を加え、ペーストとし、スクリーン印刷により金属層上に塗付することができる。このとき添加する焼結助剤量としては、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満の場合、セラミックスが緻密化せず、発熱体パターン間の絶縁を確保するための効果は小さくなるため好ましくない。また添加する助剤量は２０ｗｔ％を超えないことも必要である。この範囲を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透し、抵抗発熱体の抵抗値を変化させることがあり、好ましくない。
【００８４】
塗付する膜厚としては、特に規定はないが、５μｍ以上であることが好ましい。これ以下の膜厚では、目的とする絶縁性が得られにくいため好ましくない。
【００８５】
また金属層の材質として、Ｗ等の高融点金属を使用する場合、絶縁層として、結晶化ガラスやグレーズガラス、有機樹脂などを塗布し、焼成、もしくは硬化させることで絶縁層を形成することもできる。ガラスの種類としては硼珪酸ガラス、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、などが使用できる。これら粉末に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、スクリーン印刷により塗布する。塗布する厚みに特に制限はないが、上記と同様５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。このときの焼成温度としては、特に制約はないが、金属層が耐酸化性を有していないため、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中が好ましい。
【００８６】
また、導電ペーストとして、銀やパラジウム、白金などの混合物や合金を使用することも可能である。これらの金属は、銀の含有量に対してパラジウムや白金を添加することによって、導体の体積抵抗率が増加するため、回路パターンに応じてその添加量を調整すればよい。またこれらの添加物は回路パターン間のマイグレーションを防止する効果があるため、銀１００重量部に対して、０.１重量部以上添加することが好ましい。
【００８７】
これらの金属粉末に、ＡｌＮとの密着性を確保するために、金属酸化物を添加することが好ましい。例えば酸化アルミニウムや酸化ケイ素、酸化銅、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化鉛、希土類酸化物、遷移金属元素酸化物、アルカリ土類金属酸化物などを添加することができる。添加量としては、０.１ｗｔ％以上、５０ｗｔ％以下が好ましい。含有量がこれより少ないと、窒化アルミニウムとの密着性が低下するため好ましくない。また、含有量がこれより多いと、銀等の金属成分の焼結が阻害されるため好ましくない。
【００８８】
これら金属粉末と無機物の粉末を混合し、更に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、上記同様スクリーン印刷により回路形成することができる。この場合、形成した回路パターンに対して、窒素などの不活性ガス雰囲気中もしくは大気中にて７００℃から１０００℃の温度範囲にて焼成する。
【００８９】
更にこの場合、回路間の絶縁を確保するために、結晶化ガラスやグレーズガラス、有機樹脂などを塗布し、焼成、もしくは硬化させることで絶縁層を形成することができる。ガラスの種類としては硼珪酸ガラス、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、などが使用できる。これら粉末に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、スクリーン印刷により塗布する。塗布する厚みに特に制限はないが、上記と同様５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。また焼成温度としては、上記回路形成時の温度より低温であることが好ましい。上記回路焼成時より高い温度で焼成すると、回路パターンの抵抗値が大きく変化するため好ましくない。
【００９０】
次に、必要に応じて更にセラミックス焼結体を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ族元素化合物とバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。このとき、形成された金属層が接合層と反応することがあるため、金属層には上記に記載したような窒化アルミニウムを主成分とした保護層が形成されていることがより好ましい。
【００９１】
接合剤を塗布したセラミックス焼結体を、非酸化性雰囲気中、５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス焼結体を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス焼結体同士を接合する。荷重は、５ｋＰａ以上であることが好ましい。５ｋＰａ未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。
【００９２】
接合するための加熱温度は、セラミックス焼結体同士が接合層を介して十分密着する温度であれば、特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂ならびに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。
【００９３】
以上のようにして、加熱体を構成する基板となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。なお、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合には、モリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。
【００９４】
この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、０．９８ＭＰａ以上加えることが望ましい。０．９８ＭＰａ未満では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じることがあるので、ヒータの性能が出なくなることがある。
【００９５】
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。
【００９６】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。
【００９７】
次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は、１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなりすぎる。
【００９８】
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した、導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有する通電発熱ヒータを容易に作成することも可能である。このようにして、加熱体を構成するヒータ基板となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００９９】
なお、発熱体回路などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合は、電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法と同様に、電気回路の上に絶縁性コートを形成することができる。
【０１００】
本発明においては、抵抗発熱体パターンを加熱体の放熱状況に応じて発熱密度を変えることによって過渡均熱性を向上させることが可能となる。複数のゾーンに分割して別々に制御しても良いが、制御系のコスト、制御の煩わしさを考えると出来るだけ１ゾーンで制御することが好ましい。外周あるいは加熱体の支持部から熱がより多く逃げたり、非処理物リフトピン用の穴周辺に発熱回路を形成できず温度が下がり気味になったりする。好ましくは使用周辺環境を取り込んでコンピュータシミュレーションで発熱密度を設計して、過渡均熱性を向上させることも良い。
【０１０１】
また、本発明においては、冷却モジュールを具備することができる。冷却モジュールは、加熱体を構成するヒータ基板を冷却する必要が生じた際に、加熱体の基板あるいは抵抗発熱体に当接し、その熱を奪うことで、加熱体を急速に冷却することができる。このようにすることで、加熱体の冷却速度を大幅に向上させ、スループットを増加させることができるため好ましい。冷却モジュールの材質としては特に制約はないが、アルミニウムや銅及びその合金は、熱伝導率が比較的高いため、好ましく用いられる。またステンレスやマグネシウム合金、ニッケル、その他の金属材料を使用することができる。又この冷却モジュールに、耐酸化性を付与するために、Ｎｉや金、銀といった耐酸化性を有する金属膜をメッキや溶射等の手法を用いて形成することができる。
【０１０２】
また冷却モジュールの材質としてセラミックスを使用することもできる。この場合の材質としては、特に制約はないが、窒化アルミニウムや炭化珪素は熱伝導率が比較的高いため、加熱体から素早く熱を奪うことができるため好ましい。また窒化珪素や酸窒化アルミニウムにおいては、機械的強度が高く、耐久性に優れているため好ましい。またアルミナやコージェライト、ステアタイトなどの酸化物セラミックスは比較的安価であるため好ましい。以上のように冷却モジュールの材質は、種々選択できるため、用途によって材質を選択すればよい。これらの中では、アルミニウムにニッケルメッキを施したものが、耐酸化性にも優れ、また熱伝導率も高く、軽量であり、価格的も比較的安価であるため、特に好ましい。
【０１０３】
またこの冷却モジュールの内部に、冷却媒体を流すことも可能である。このようにすることで加熱体から冷却モジュールに伝達された熱を素早く冷却モジュールから取り除くことができるため、更に加熱体の冷却速度を向上できるため好ましい。冷却モジュール内に流す冷媒としては、水や、フロリナートなどが選択でき、特に制約はないが、比熱の大きさ、価格を考慮すると水が最も好ましい。好適な例としては、２枚のアルミニウム板を用意し、その一方のアルミニウム板に水を流す流路を機械加工等によって形成する。そして耐食性、耐酸化性を向上させるために、ニッケルメッキを前面に施す。そしてもう一枚のニッケルメッキを施したアルミニウム板を張り合わせる。このとき流路の周囲には水が漏れないように例えばＯ-リング等を挿入し、ネジ止めや溶接によって２枚のアルミニウム板を張り合わせる。
【０１０４】
また加熱体を構成する基板と冷却モジュールとの当接面の平面度と、冷却モジュールの前記基板との当接面の平面度との合計が０．８ｍｍ以下となるように平坦化する。平面度の合計が、０．４ｍｍ以下であれば、更に好ましい。従来は、被加熱物を搭載する加熱体の主面の平面度や表面粗さを良くして、被加熱物の温度分布を均一にする提案はされていたが、冷却モジュールを有するヒータユニットにおいて、加熱体と冷却モジュールとのそれぞれの当接面の平面度を向上させて温度分布を均一にし、冷却速度も向上させる提案はなかった。
【０１０５】
加熱体を構成する基板の冷却モジュールとの当接面の平面度と、冷却モジュールの前記基板との当接面の平面度の両方を平坦化することによって、加熱体を構成する基板と冷却モジュールが全面均一に当接できるようになり、両者の密着性がより高まるので、熱伝達率が向上し、冷却モジュールを加熱体に当接させた時、冷却速度が向上すると共に、加熱体裏面全面が、均一に冷却されるので、冷却時の加熱体の温度分布の均一性が向上する。
【０１０６】
加熱体を構成する基板の冷却モジュールとの当接面の平面度と、冷却モジュールの前記基板との当接面の平面度のいずれか一方だけを平坦にしても、上記効果は得られない。両者の平面度の合計が０．８ｍｍ以下にすることによって、上記効果を得ることができる。
【０１０７】
前記基板と冷却モジュールのそれぞれの当接面を平坦にするには、公知のラップ研磨法や、砥石による研削などの加工方法を取ることができる。加工後の表面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。前記基板と冷却モジュールそれぞれの当接面の面粗さをＲａで５μｍ以下にすることによって、ヒータ基板と冷却モジュールの密着性が向上し、ヒータ基板の温度分布の均一性と冷却速度が向上する。
【０１０８】
特に、前記基板の当接面の面粗さを良くして、鏡面状態に近づけると、その面の輻射率が低下する。輻射率が低下すると、その面からの放熱量が減少するので、加熱体を加熱するための電力の省エネルギー化になるので好ましい。また、加熱体を構成する基板がセラミックスの場合、表面粗さが粗いと、冷却モジュールと当接したときの摩擦などによって、セラミックス粒子の脱落が多くなり、これがパーティクルとなって、被加熱物の品質に悪影響を与える。このため表面粗さＲａは、１μｍ以下であれば更に好ましい。
【０１０９】
また、裏面に発熱体回路と該発熱体回路を保護する絶縁層が形成されたセラミックス基板の場合、冷却モジュールとの当接面を平坦化するために、加工しすぎると、絶縁層の厚みが薄くなり、場合によっては、発熱体回路が露出して、短絡事故を起こす可能性がある。これを防ぐためには、絶縁層の厚みを厚くすればよいが、絶縁層は、熱伝導率が低いことが多いので、厚みが厚いと熱抵抗が増大し、冷却速度が遅くなる。そこで、絶縁層の厚みは、平坦化後で、１５μｍ以上、５００μｍ以下にすることが好ましい。
【０１１０】
また、平坦化後の絶縁層の厚みにバラツキがあると、前記熱抵抗が変化して、冷却速度がばらつくので、前記基板の温度分布が不均一になりやすくなる。従って、平坦化後の絶縁層の厚みは、均一であることが望ましく、絶縁層の厚みの最大値と最小値の差は、２００μｍ以下であることが好ましい。
【０１１１】
例えば、冷却モジュールは、エアーシリンダなどの昇降手段によって容器内に設置され、必要に応じて加熱体に当接および分離ができるようになっている。この冷却モジュールには、給電のための電極や温度測定手段などの挿入物を貫通するための貫通孔が設けられている。
【０１１２】
また、これら加熱体と冷却モジュールは、金属製の容器に収容されていることが好ましい。このように容器に収容されることによって、加熱体の加熱面の温度分布が気流等の影響によって乱されることがなくなり、より均一な温度分を実現できるため好ましい。また、このとき、収容する金属容器と、加熱体の距離は、できるだけ一定に保たれていることが好ましい。なぜなら、加熱体が容器に近づけば、容器に対する熱伝達量が相対的に増大し、相対的に加熱面の温度を低下させるため好ましくない。
【０１１３】
前記基材のウエハ載置面側あるいは背面側に基材加熱ヒータを具備していることにより、基材自身の温度ばらつきを矯正することが可能となる。前記基材加熱ヒータの発熱量が、外周側が大きくなるように設計されていることにより外周からの熱の逃げによる温度ばらつきを矯正できる。基材表面にニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）めっきを施してあることにより、基材の酸化や熱劣化を防ぎ、基材の材質がウエハにとって好ましくない材料の場合、基材構成材料を表面に出さないため、不純物防止のためにも好ましい。
【０１１４】
またこれらの加熱体、冷却モジュールを備えた加熱装置は、加熱面に置ける温度分布が均一にできるため、特に半導体ウェハを加熱処理する半導体製造装置に好ましく使用することができる。例えば、ウェハ上に形成された樹脂膜を硬化させるためのヒータや、半導体を検査するためのヒータ、あるいは成膜やエッチング、アッシング装置などにも使用することができる。
【実施例１】
【０１１５】
図１に示すように、発熱回路が１ゾーンからなる厚さ５０μｍで直径３３０ｍｍのＳＵＳ製の抵抗発熱体３を、絶縁体４として２枚のポリイミド板（厚さ１５０μｍ）で挟み込んで、厚さ１５ｍｍで直径３３０ｍｍの銅板２に取付け、加熱体１を作成した。なお、銅板には、ニッケルメッキを施した。
【０１１６】
この加熱体をステンレス製の容器に設置した。加熱体を１３０℃に加熱し、常温（２５℃）の直径３００ｍｍのウェハ温度計を加熱面１０の搭載し、搭載後３０秒後、６０秒後、５分後のウェハ温度計の温度を測定した。測定した温度の最高値と最低値の差を温度レンジとして表１に示す。なお、表には、基材として用いた銅板の熱容量と熱伝導率もあわせて示す。
【０１１７】
【表１】
2006140367.tif 000003
【実施例２】
【０１１８】
図２に示すように、実施例１と同様に、厚さ５０μｍで直径３３０ｍｍのＳＵＳ製の抵抗発熱体３を２枚のポリイミド板４で挟み込み、直径３３０ｍｍの基材２と基材５との間に配し、加熱体１を作成した。基材２の厚みは、４．５ｍｍとし、基材５の厚みは、１０．５ｍｍとした。基材２と基材５の材質は、表２に示すとおりである。なお、銅板はニッケルメッキを施した。これらの加熱体をステンレス製の容器に取付け、実施例１と同様に、ウェハ温度計を加熱面１０の上に搭載後、３０秒、６０秒、５分後の温度レンジを測定した。その結果を、基材の熱容量、熱伝導率とともに、表２に示す。
【０１１９】
【表２】
2006140367.tif 000004
【実施例３】
【０１２０】
基材２と基材５の材質を表３に示すように、金属とセラミックスの複合体にしたこと以外は、実施例２と同様にして加熱体を作成し、ウェハ温度計で温度レンジを測定した。その結果を表３に示す。なお、表中、例えば、Ｓｉ−７０ＳｉＣとは、ＳｉとＳｉＣの複合体であって、ＳｉＣが７０重量％であることを示す。
【０１２１】
【表３】
2006140367.tif 000005
【実施例４】
【０１２２】
１００重量部の窒化アルミニウム粉末と０．５重量部の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、プレス成形し、７００℃窒素雰囲下で脱脂し、窒素雰囲気中、１８５０℃で５時間焼結し、窒化アルミニウム焼結体を作成した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ２／ｇのものを使用した。前記窒化アルミニウム焼結体を加工し、直径３３０ｍｍ、厚み１０．５ｍｍとした。この窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体の熱伝導率は、１７５Ｗ／ｍＫであった。
【０１２３】
また、１００重量部の炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末と０．５重量部のホウ素（Ｂ）粉末と０．５重量部の炭素(Ｃ)粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、焼結研磨後に直径３３０ｍｍ、厚さ１０．５ｍｍの焼結体が得られるようにプレス成形し、７００℃アルゴン(Ａｒ)雰囲下で脱脂し、窒素雰囲気中、２０００℃で５時間焼結し、ＳｉＣ焼結体を作成した。このＳｉＣ焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み１０．５ｍｍとした。このＳｉＣ焼結体の熱伝導率は、１９５Ｗ／ｍＫであった。
【０１２４】
また、１００重量部の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末と２重量部の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、焼結研磨後に直径３３０ｍｍ、厚さ１０．５ｍｍの焼結体が得られるようにプレス成形し、５００℃大気雰囲下で脱脂し、窒素雰囲気中、１５５０℃で５時間焼結し、Ａｌ２Ｏ３焼結体を作成した。このＡｌ２Ｏ３焼結体を加工して、直径３３０ｍｍ、厚み１０．５ｍｍとした。このＡｌ２Ｏ３焼結体の熱伝導率は、２４Ｗ／ｍＫであった。
【０１２５】
また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記加工したＡｌＮ焼結体とＳｉＣ焼結体の上に、発熱体回路パターンを形成した。その後、９００℃、窒素雰囲気中で脱脂し、窒素雰囲気中１８００℃で１時間焼成した。
【０１２６】
また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、ＭｇＯを１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記加工したＡｌ２Ｏ３焼結体の１面に、発熱体回路パターンを形成した。これを、９００℃窒素雰囲気中で脱脂し、窒素雰囲気中、１５００℃で１時間焼成した。
【０１２７】
図３に示すように、前記ＡｌＮ焼結体、ＳｉＣ焼結体、Ａｌ２Ｏ３焼結体の発熱体回路パターン３を形成した面に、温度測定素子取付け部と給電部を除いて、Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系のガラスペーストを用いて、５０μｍの厚さに塗布し、窒素雰囲気中７００℃で焼成し、絶縁コート膜６とした。また、給電部には、図示しないタングステン端子をネジで取付け、セラミックス基材とした。
【０１２８】
これらのセラミックス基材と直径３３０ｍｍで厚み４．５ｍｍの銅板を組み付けて、加熱体１とした。これらの加熱体を実施例１と同様に、ウェハ温度計を搭載して温度レンジを測定した。これらの結果を表４に示す。
【０１２９】
【表４】
2006140367.tif 000006
【実施例５】
【０１３０】
実施例２と同様の構成で、基材２と基材５の厚みを表５に示す組合せにして、実施例２と同様に温度レンジを測定した。その結果を表５に示す。なお、表５には、基材２の厚みａと基材５の厚みｂとの比（ａ／（ａ＋ｂ））もあわせて示す。
【０１３１】
【表５】
2006140367.tif 000007
【０１３２】
加熱面を有する基材の厚みａと、前記その背面に配される基材の厚みｂの比率（ａ／（ａ＋ｂ））が、０．０５以上、０．９５以下の範囲にあれば、温度レンジが小さく、温度の均熱性に優れることが判る。
【実施例６】
【０１３３】
実施例１から実施例５までは、温度センサーの温度検出部の位置を、抵抗発熱体から２ｍｍにしたが、表６に示すような位置にして、基材２と基材５の厚みをともに７．５ｍｍとしたこと以外は実施例２と同様の構成で、実施例２と同様に温度レンジを測定した。また、ウェハ温度計を加熱面に搭載した直後からウェハ温度計の温度は上昇するが、設定温度（１３０℃）以上の温度になってから設定温度まで下降する。この設定温度を越えた温度（オーバーシュート）も測定した。これらの結果を表６に示す。
【０１３４】
【表６】
2006140367.tif 000008
【実施例７】
【０１３５】
実施例２の基材材質がＣｕの加熱体と同じ構成で、基材２の上下面と基材５の上面の平面度を表７に示すようにして、実施例２と同様に加熱体を作成し、温度レンジを測定した。その結果を表７に示す。
【０１３６】
【表７】
2006140367.tif 000009
【実施例８】
【０１３７】
抵抗発熱体の１／２の半径の領域の発熱密度ｃ（Ｗ／ｃｍ２）と、その外側の領域の発熱密度ｄ（Ｗ／ｃｍ２）との比（ｃ／（ｃ＋ｄ））が、表８に示す値になるように、厚さ５０μｍのＳＵＳ製の発熱体を内側と外側の線幅を変えることによって作成し、厚さ４．５ｍｍと１０．５ｍｍの銅板を用いて、実施例２と同様に加熱体を作成した。これらの加熱体を実施例１と同様にして、温度レンジを測定した。その結果を表８に示す。
【０１３８】
【表８】
2006140367.tif 000010
【実施例９】
【０１３９】
実施例２で用いたＣｕ製の基板２の加熱面１０に、表９に示すような材料を被覆したこと以外は、実施例２と同様にして、加熱体を作成し、実施例１と同様に温度レンジを測定した。その結果を表９に示す。
【０１４０】
【表９】
2006140367.tif 000011
【実施例１０】
【０１４１】
発熱体の材質を表１０に示す材質にしたこと以外は、実施例２で用いた基材が銅板の加熱体と同じ構成の加熱体を作成し、実施例１と同様に温度レンジを測定した。その結果を表１０に示す。なお、各発熱体の厚みは５０μｍである。
【０１４２】
【表１０】
2006140367.tif 000012
【実施例１１】
【０１４３】
実施例４で用いたＡｌＮ製の基板で、発熱体をＷから表１１に示す材質に変更したこと以外は、実施例４と同様にして加熱体を作成し、実施例１と同様に温度レンジを測定した。その結果を表１１に示す。
【０１４４】
【表１１】
2006140367.tif 000013
【産業上の利用可能性】
【０１４５】
本発明によれば、加熱体を構成する基材の一部もしくは全ての材料が、単位体積当りの熱容量が２．０Ｊ／Ｋ・ｃｍ３以上で、かつ熱伝導率が５０Ｗ／ｍＫ以上とすることで、加熱体の温度分布をより均一にすることができ、特に過渡状態における温度分布を均一にすることができる。また定常状態においても均一な温度分布を実現することができる。このような加熱体を搭載した半導体製造・検査装置、あるいはフラットディスプレイパネルの製造・検査装置、またはフォトレジスト加熱処理装置は、従来の装置よりも加熱体の温度分布がより均一になるので、半導体やフラットディスプレイパネルの特性や歩留り、信頼性あるいは集積度や画像品質の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の加熱体の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の加熱体の他の一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の加熱体の他の一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【０１４７】
１    加熱体
２    基材
３    抵抗発熱体
４    絶縁体
５    背面基材
６    絶縁コート膜
１０    加熱面
【図１】
2006140367.tif 000014
【図２】
2006140367.tif 000015
【図３】
2006140367.tif 000016