(57)【要約】【課題】ウェハ加熱装置では、ヒータ部に冷媒を供給しても、冷媒の供給量を大幅に増加することは難しいため、３００ｍｍ以上の大型のウェハを加熱するウェハ加熱装置のヒータ部を短時間で冷却することができないという問題があった。【解決手段】本発明のウェハ加熱装置は、板状体の一方の主面に帯状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ヒータ部と、前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板状体と接続したケースと、該ケースに前記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、載置面への投影面から見て上記ノズルの先端を上記抵抗発熱体の帯の間に設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状体の一方の主面に帯状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ヒータ部と、前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板状体と接続したケースと、該ケースに前記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、載置面への投影面から見て上記ノズルの先端が上記抵抗発熱体の帯の間に位置することを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
板状体の一方の主面に帯状の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ヒータ部と、前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板状体と接続したケースと、該ケースに前記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、載置面への投影面から見て上記ノズルの先端が上記複数の抵抗発熱体の間にあることを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項３】
上記板状体の熱伝導率が上記抵抗発熱体よりも高いことを特徴とする請求項１または２の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項４】
載置面への投影面から見て上記ノズル先端の中心が抵抗発熱体と異なる円周上に位置することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項５】
上記ノズルの先端と上記板状体の間隔が０.１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項６】
載置面への投影面から見て上記ノズル先端の中心から上記抵抗発熱体までの最短距離が３〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項７】
上記ノズルの数が、４〜１６個であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項８】
上記ノズルが同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項９】
上記請求項１〜８の何れかに記載のウェハ加熱装置を用いた半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、半導体の製造用や検査用装置として用いられるウェハ加熱装置やそれを用いた半導体製造装置に関するものであり、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、前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するのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を用いた製品は、産業用から家庭用に至るまであらゆる製品に利用され極めて重要な製品である。半導体素子を形成する半導体チップは、例えば、シリコンウェハ上に種々の回路等を形成した後、所定の大きさにシリコンウェハを切断し製造されている。
【０００３】
シリコンウェハに種々の回路等を形成する半導体製造工程における、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では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためのウェハ加熱装置が用いられている。
【０００４】
従来のウェハ加熱装置は、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、近年、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、一枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる手法が実施されている。
【０００５】
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、昇温時間のみならず、冷却時間の短縮に対する強い要請がある。そこで、ウェハ加熱装置では、通常、抵抗発熱体を備えた板状体からなるヒータ部をケースに設置し、このヒータ部の冷却を行う際に、ケース内に強制冷却用のノズルと開口部とを備え、ノズルから冷媒を供給し、上記ヒータ部を強制冷却する方法が採用されている。
【特許文献１】特開２００３−１００８１８号公報
【特許文献２】特開２００４−０６３８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のウェハ加熱装置では、ヒータ部に冷媒を供給しても、冷媒の供給量を大幅に増加することは難しいため、３００ｍｍ以上の大型のウェハを加熱するウェハ加熱装置のヒータ部を短時間で冷却することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、抵抗発熱体を有する板状体からなるヒータ部の冷却速度を向上させることで急速冷却が可能なウェハ加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のウェハ加熱装置は、板状体の一方の主面に帯状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ヒータ部と、前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板状体と接続したケースと、該ケースに前記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、載置面への投影面から見て上記ノズルの先端が上記抵抗発熱体の帯の間に位置することを特徴する。
【０００９】
また、上記抵抗発熱体が独立した複数の抵抗発熱体からなり、上記ノズルの先端が上記複数の抵抗発熱体の間にあることを特徴とする。
【００１０】
また、上記板状体と抵抗発熱体とは異なる熱伝導率を有し、板状体の熱伝導率が抵抗発熱体よりも高いことを特徴とする。
【００１１】
また、載置面への投影面から見て上記ノズル先端の中心が抵抗発熱体と異なる円周上に位置することを特徴とする。
【００１２】
また、上記ノズルの先端と上記板状体の間隔が０.１〜１０ｍｍであることを特徴とする。
【００１３】
また、載置面への投影面から見て上記ノズル先端の中心から上記抵抗発熱体までの最短距離が３〜１００ｍｍであることを特徴とする。
【００１４】
また、上記ノズルの数が、４〜１６個であることを特徴とする。
【００１５】
また、上記ノズルが同心円状に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、上記ウェハ加熱装置を用いた半導体製造装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記ウェハ加熱装置によれば、ヒータ部の冷却時間を短くすることで、ウェハの冷却時間を短くすることができる。そして、半導体製造工程におけるウェハ処理時間が短縮し、半導体素子を効率良く量産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置１の例を示す断面図で、熱伝導率の大きな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からなる板状体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とその両端に給電部６を形成したヒータ部１４を備えている。また、ヒータ部１４の給電部６には給電端子７が接続している。そして、給電端子７を覆うように金属製のケース１１が断熱部材１８を介して接続している。
【００１９】
抵抗発熱体５は導体成分として、耐熱性および耐酸化性が良好なＰｔ族金属、Ａｕ、もしくはこれらの合金を主成分とするものを使用することが好ましい。抵抗発熱体５としては、板状体２との密着性および抵抗発熱体５自体の焼結性を向上させるために、３０〜７５重量％のガラス成分を混合することが好ましく、抵抗発熱体５の熱伝導率は板状体２の熱伝導率に比べ小さくなっている。
【００２０】
抵抗発熱体５の形状としては、円弧状の帯と直線状の帯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を複数に分割することも可能である。
【００２１】
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７を弾性体８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。また、給電端子７は半田付けやロー付けなどにより抵抗発熱体５に直接接合されていても良い。
【００２２】
金属製のケース１１は側壁部９とベースプレート１３を有し、板状体２はそのベースプレート１３に対向してケース１１の上部を覆うように設置してある。また、ベースプレート１３には冷却ガスを排出するための開口部１６が施されており、給電部６に導通する給電端子７、板状体２を冷却するためのノズル１２、板状体２の温度を測定するための温度センサー１０が設けられている。
【００２３】
また、板状体２とケース１１の周辺部にボルトを貫通させ、板状体２とケース１１が直接当たらないように、断熱部材１８と弾性体１７とを介在させてナット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、温度変化によりケース１１が変形しても、上記弾性体１７によってこれを吸収し、これにより板状体２の変形や反りを抑制し、板状体２の反りに起因するウェハ表面の温度バラツキの発生を防止できる。
【００２４】
そして、抵抗発熱体５に通電して載置面３を加熱し、ウェハＷを均一に加熱することができる。そして通電を停止するとともにノズル１２より冷却空気を送りヒータ部１４を急速に冷却することができる。
【００２５】
本発明のウェハ加熱装置１は、板状体２の一方の主面に帯状の抵抗発熱体５を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面３を備えたヒータ部１４と、前記抵抗発熱体５に電力を供給する給電端子７と、該給電端子７を包むように板状体２と接続したケース１１と、該ケース１１に前記ヒータ部を冷却するノズル１２と開口部１６とを備え、載置面３への投影面から見て上記ノズル１２の先端が上記抵抗発熱体５の帯の間に位置することを特徴とする。
【００２６】
図２は板状体２と抵抗発熱体５、ノズル１２の先端１２ａを示す拡大図である。上記ウェハ加熱装置１によれば、ノズル１２から、冷却エアー等の冷媒が、抵抗発熱体５の帯の間に噴射される。ここで、ノズル１２の先端が抵抗発熱体５の帯の間とは、ノズル１２の先端の中心が図３のＰ２０で示す帯の間であり板状体２の表面にあることを示す。この抵抗発熱体５の帯の間は、抵抗発熱体５の表面に比べ、熱伝導率が大きな板状体２の表面である。そのため、ノズル１２から噴射された冷媒が板状体２の表面を直接冷却することから、板状体２を効率的に冷却することが可能性となり短時間にヒータ部１４の熱を奪い取ることができ、ヒータ部１４の冷却時間を短縮することができる。
【００２７】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、上記抵抗発熱体５が独立した複数の抵抗発熱体５からなり、上記ノズル１２の先端が上記複数の抵抗発熱体５の間にあることを特徴とする。
【００２８】
図４は複数の抵抗発熱体５からなるヒータ部１４の一例を示す平面図である。抵抗発熱体５が独立した複数の抵抗発熱体５からなり、上記ノズル１２の先端１２ａが上記複数の抵抗発熱体５の間Ｐ３０にあると、ノズル１２から噴射した冷媒が熱伝導率の大きな板状体２の表面に直接当たり板状体２の熱を奪う事ができ効率良くヒータ部１４を冷却することができる。
【００２９】
特に、ノズル１２から噴射した冷媒が直接当たる複数の抵抗発熱体５の間は上記帯の間より大きな面積を確保できることから、よりヒータ部１４を効率よく短時間で冷却できる。複数の抵抗発熱体５の間に冷却媒体を当てる部分Ｐ３０を備えると、冷却媒体を板状体２に直接当てる領域を広くとることができて好ましい。つまり、図４のように複数の抵抗発熱体５を同心円状の領域に設けることでウェハＷの面内温度差を小さくすることができると同時にそれぞれの抵抗発熱体５の間隔Ｓを大きく取ることができることからＰ３０を中心として板状体２の露出部を広くとることができて効率よくヒータ部１４を冷却することができる。
【００３０】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、板状体２と抵抗発熱体５とは異なる熱伝導率を有し、板状体２の熱伝導率が抵抗発熱体５よりも高いことを特徴とする。
【００３１】
より高速に熱を伝導させるためには、高い熱伝導率を有する物質が要求される。このため、冷却エアー等の冷媒が直接あたる板状体２の熱伝導率は高いことが望まれ、抵抗発熱体５と比べ高くしている。上記発熱抵抗体５の材質としては、詳細を後述するように、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印刷、焼き付けしたものを用い、その熱伝導率は１〜４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。これよりも高い熱伝導率を有する板状体５としては、窒化アルミニウム質焼結体（熱伝導率１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ））または炭化珪素質焼結体（熱伝導率１００Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いる。
【００３２】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、載置面への投影面から見て上記ノズル１２先端の中心が抵抗発熱体５と異なる円周上に位置することが好ましい。
【００３３】
ウェハを均一に加熱させるためには、抵抗発熱体５の構成が非常に重要であり、板状体２の中心からみて、対称な配置にすることが望ましい。円弧状のパターンを配置する際には、その同一円周上の単位面積あたりの抵抗値が等しくなると、均一な温度分布となる。ノズル１２先端が抵抗発熱体５と同一円周上に位置していると、ノズル１２部分では、これを避けるために抵抗発熱体５が配置され、同一円周内の単位面積あたりの抵抗値に差が生じ、不均一な温度分布となってしまう。
【００３４】
このため、載置面への投影面から見て上記ノズル１２先端の中心が抵抗発熱体５と異なる円周上に位置することが望ましい。
【００３５】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、ノズル１２の先端と板状体２の間隔Ｌが０.１〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００３６】
より高速で冷却ガスを板状体２に衝突させるためには、上記ノズルの先端と上記板状体の間隔Ｌは重要であり、０．１〜１０ｍｍとすることが望ましい。このように配置すると噴射された冷却ガスは、極端に速度低下することなく、十分な速度で板状体２に衝突する。このため、効率良く熱を奪うことが出来る。
【００３７】
板状体２とノズル１２との距離Ｌが０．１ｍｍより小さいと噴射され板状体２に衝突したガスの吹き返しがガスの噴射を阻害し、冷却効率が落ちてしまう。逆に板状体２とノズル１２との距離Ｌが１０ｍｍより大きいと噴射ガスは拡散してしまい、板状体２に衝突する際に流速が低下、また、流量も減少しているため、冷却効率が落ちる。
【００３８】
また、載置面への投影面から見て上記ノズル先端の中心から上記抵抗発熱体までの最短距離が３〜１００ｍｍであることが好ましい。
【００３９】
載置面への投影面から見てノズル先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が３ｍｍよりも小さい場合、ノズルから噴射されたエアー等の一部は抵抗発熱体５の表面にあたってしまう。抵抗発熱体５は、ガラス層を含んでいるために、熱伝導率が小さい。抵抗発熱体５の表面から、板状体２に熱が伝導する場合、熱伝導の小さな、抵抗発熱体層、および、抵抗発熱体５と板状体２の界面が存在するために、熱伝導時間が長くなる。このため、この部分を冷却しても、冷却効率が悪く、冷却時間が長くなってしまう。
【００４０】
一方、載置面への投影面から見てノズル１２先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が１００ｍｍよりも大きい場合、板状体２上で抵抗発熱体５が無い面積が大きくなり冷却スピードは大きくなるが、抵抗発熱体５が無い部分に対応するウェハＷの表面の温度が低下して、ウェハＷ面内で温度バラツキが大きくなり不均一な温度分布となる。このため、板状体２に抵抗発熱体５を配置するには、ウェハＷ面内の温度分布を均一にするために、抵抗発熱体５が無い面積を小さくするほうが良いからである。
【００４１】
また、上記ノズル１２の数は、４〜１６個であることが好ましい。ノズル１２の数が、４個よりも少ない場合、１個のノズルが冷却する面積、および、熱容量が大きくなり過ぎ、冷却効率が悪く、冷却時間が長くなってしまう。一方、ノズル１２の数が、１６個よりも多い場合、全てのノズル１２に必要なガス圧力、および、流速を得るためには、大型で高ガス容量の設備が必要となり、量産には適さない。このため、ノズル１２の数は、４〜１６個であることが望ましい。
【００４２】
また、上記ノズル１２が同心円状に配置されていることが好ましい。上記ノズルが、同心円状に配置していないと冷却する際に、ムラができてしまい、冷却ムラの部分で冷却時間が長くなり、効率を悪くしてしまう。このため、高速冷却するためには、冷却ムラをなくす必要があり、対称性のある位置で同心円状にノズルを配置すれば、冷却時間が短くなり、効率良い冷却が可能である。
【００４３】
また、一般的な冷却ガス圧縮機のガス圧力により、冷却に必要なガス流速を確保するためには、ノズル１２の口径を０．５〜３．０ｍｍとすることが望ましい。ノズル１２の口径が３．０ｍｍを越えると流速が遅くなりすぎて冷却効率が著しく低下する。逆に０．５ｍｍ以下では口径が小さすぎて圧力損失が大きく冷却ガスの流量が小さくなり、冷却効率が低下し好ましくない。尚、冷却ガスは常温、冷却ガスの総流量は、１２０（リットル／分）とした。
【００４４】
更に、ノズル１２は板状体２に対して、８０〜１００°の角度で設置されていることが必要である。すると噴射された冷却ガスが板状体２に強く衝突することになり効率よく冷却できる。ノズル１２が板状体２に対して８０°未満、又は１００°を越えると、噴射された冷却ガスは板状体２に斜めに当たり、板状体２に平行に進むことから、冷却効率が低下し好ましくない。
【００４５】
ノズル１２は、ステンレス（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）、ニッケル（Ｎｉ）等の耐酸化性金属や、一般鋼（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）にニッケルメッキやニッケルメッキ上に金メッキを重ねて耐酸化処理を施した金属材料を用いる。または、ジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックを用いることがよい。このようなノズル１２は、熱による酸化で噴射口の内径が変化することなく流速を安定させられるし、ウェハ熱処理に有害なガスやパーティクルの発生のない信頼性の高いウェハ加熱装置とすることが出来る。
【００４６】
また、万が一冷却ガスに油分や水分などの不純物が混入していた場合でも直接抵抗発熱体５にダメージを与えることを防止できるが、冷却ガスはクリーンフィルターなどを通し不純物を除去することで更に信頼性を高める事が出来るのは言うまでもない。
【００４７】
また、ここで供給された冷却ガスを外に排出するために、前記ケース１１のベースプレート１３には、その面積の５〜７０％の開口部１６が形成されている。この開口部１６の面積が５％未満であると、ケース１１の容積の中でノズル１２から噴射されるガスと排出されるべきガスが混合されて、冷却効率が低下してしまう。また、開口部１６の面積が７０％を越えると、給電端子１１やノズル１２を保持するスペースが確保できなくなる。またケース１１の強度が不足して、板状体２の平坦度が大きくなり均熱性、特に昇温時などの過渡的な均熱性が悪くなる。
【００４８】
このように、ベースプレート１３に開口部１６を設けることにより、冷却時はノズル１２から噴射された冷却ガスが板状体２の表面の熱を奪い、ケース１１の内部に滞留することなく開口部１６から順次ウェハ加熱装置１外に排出され、ノズル１２から噴射される新しい冷却ガスで板状体２の表面を効率的に冷却できるので冷却時間を短縮することができる。
【００４９】
また、板状体２の温度は、板状体２にその先端が埋め込まれた温度センサー１０により測定する。温度センサー１０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を使用することが好ましいが、外径０．５ｍｍ以下の素線の熱電対やＲＴＤなどの測温抵抗体を用いても何ら差し支えない。この温度センサー１０の先端部は、板状体２の形成された孔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。
【００５０】
以下、本発明のウェハ加熱装置に用いる他の部材について説明する。
【００５１】
板状体２を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、板状体２は１０Ｗ／（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の温度バラツキを極めて小さくすることができる。熱伝導率が、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下では、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間および所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの時間が膨大にかかってしまう虞がある。
【００５２】
板状体２の厚みは、２〜７ｍｍとすることが好ましい。板状体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状体２の強度が弱くなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ノズル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、板状体２にクラックが発生する場合がある。また、板状体２の厚みが７ｍｍを越えると、板状体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り好ましくない。
【００５３】
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体２に印刷、焼き付けしたもので、金属粒子としては、比較的電気抵抗が小さい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、酸化硼素、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。
【００５４】
また、上記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体２の熱膨張係数に近づけるには、板状体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。
【００５５】
また、上記金属酸化物としては、酸化珪素、酸化硼素、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体２の熱膨張係数と近く、板状体２との密着性も優れるからである。
【００５６】
ただし、抵抗発熱体５に対し、金属酸化物の含有量が５０％を越えると、板状体２との密着力を増すものの、抵抗発熱体５の抵抗値が大きくなり、好ましくない。そのため、金属酸化物の含有量は６０％以下とすることが良い。
【００５７】
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。
【００５８】
すなわち、抵抗発熱体５と板状体２との熱膨張係数を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側が凹状に反る恐れがあるからである。
【００５９】
また、リング状の断熱部材１８の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状体２と断熱部材１８が平面で接触する場合において、板状体２と断熱部材１８の接する接触部の幅は０．１〜１３ｍｍであれば、板状体２の熱が断熱部材１８を介して有底の金属ケース１１に流れる量を小さくすることができる。さらに好ましくは、０．１〜８ｍｍである。断熱部材１８の接触部の幅が０．１以下では、板状体２と接触固定した際に接触部が変形し、断熱部材１８が破損するおそれがある。また、断熱部材１８の接触部の幅が１３ｍｍを超える場合には、板状体２の熱が断熱部材に流れ、板状体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、断熱部材１８と板状体２の接触部の幅は０．１〜８ｍｍであり、さらに好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【００６０】
また、断熱部材１８の熱伝導率は板状体２の熱伝導率より小さいことが好ましい。断熱部材１８の熱伝導率が板状体２の熱伝導率より小さければ板状体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、板状体２の温度を上げたり下げたりする際に、断熱部材１８との熱の伝達量が小さく有底の金属ケース１１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。
【００６１】
断熱部材１８の熱伝導率が板状体２の熱伝導率の１０％より小さいヒータ１４では、板状体の熱が有底のケース１１に流れにくく、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。
【００６２】
断熱部材１８の熱伝導率が板状体２の熱伝導率より大きい場合は、板状体２の周辺部の熱が断熱部材１８を介して有底のケース１１に流れ、有底のケース１１を加熱すると共に、板状体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、有底のケース１１が加熱されることからノズル１２からエアーを噴射し、板状体２を冷却しようとしても有底のケース１１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、一定温度になるまでの時間が大きくなるおそれがある。
【００６３】
一方、前記断熱部材１８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、断熱部材１８のヤング率は１GPa以上が好ましく、さらに好ましくは１０GPa以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の幅が０．１〜８ｍｍと小さく、板状体２を有底のケース１１に断熱部材１８を介して固定しても、断熱部材１８が変形することが無く、板状体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。
【００６４】
前記断熱部材１８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ヤング率の大きな金属が好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、セテンレス鋼やFe−Ni−Co系合金であるコバールが好ましく、板状体２の熱伝導率より小さくなるように断熱部材１８の材料を選択することが好ましい。
【００６５】
さらに、断熱部材１８と板状体２との接触部を小さく、か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おそれが小さく安定な接触部を保持できるために、板状体２に垂直な面で切断した断熱部材１８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断熱部材１８として使用すると板状体２と有底のケース１１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。
【００６６】
なお、有底のケース１１の深さは、１０〜５０ｍｍで、ベースプレート１３は板状体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。さらに好ましくは、２０〜３０ｍｍである。これは、板状体２と有底のケース１１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。
【００６７】
さらに、抵抗発熱体５への給電方法については、有底のケース１１に設置した給電端子７を板状体２の表面に形成した給電部６に弾性体８で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、板状体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７を弾性体で押圧して電気的接続を確保することにより、板状体２とその有底のケース１１の間の温度差による熱応力は緩和し、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７の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００６８】
なお、板状体２の一方の主面には、図１に示すように、複数のウェハ支持ピン１５を設け、板状体２の一方の主面より一定の距離をおいてウェハWを保持するようにしても構わない。
【実施例１】
【００６９】
熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍ円形の板状体を複数製作した。
【００７０】
次いで板状体上に抵抗発熱体及び給電部を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｔ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の抵抗発熱体を形成した。ここで給電部は抵抗発熱体よりも比抵抗が小さくなるように金属成分とガラス成分の比率を調整した。
【００７１】
また、ケースは、厚み３．０ｍｍのＳＵＳ３０４からなるベースプレートを基礎にして、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して構成した。
【００７２】
その後、前記ケースの上に、板状体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状体とケースが直接当たらないように、断熱部材を介在させ、ケース側より弾性体を介してナットを螺着することにより弾性的に固定することによりウェハ加熱装置とした。
【００７３】
試料Ｎｏ．１のノズルの先端は、板状体（図３のＰ３０）であり、図２，３と同様に冷却ノズルの先端が抵抗発熱体５の間に位置している。試料Ｎｏ．２のノズルの先端は、抵抗発熱体部であり、図５や図６のＰ２２に示すように冷却ノズルの先端が抵抗発熱体上とした。
【００７４】
そして、各ウェハ加熱装置の給電端子に通電して１４０℃保持時のウェハＷ表面の温度バラツキが±０．５℃となるように調整し、１４０℃に保持した。温度設定値を、９０℃に変更後、直ちに、ノズル１２から冷却ガスを板状体２に向けて噴射を開始し、９０℃まで温度が低下し、ウェハＷ表面の温度バラツキが±０．５℃となるまでの時間を降温安定時間とした。今までの冷却効率を改善させるために、目標冷却時間は、降温安定時間２００秒以内とした。ウェハＷ表面の温度バラツキについては、直径３００ｍｍのウェハ表面に、測温センサーを２９箇所の埋めこんだ測温用ウェハを用いて評価した。
【００７５】
作製したウェハ加熱装置の評価は、２５℃の恒温室内で行い、冷却ガスは常温、冷却ガスの総流量は、１２０（リットル／分）とした。また、ノズルの口径を１．０ｍｍとした。冷却ノズルの先端と板状体の距離Lは、５．０ｍｍとした。
【００７６】
まず、冷却位置が冷却時間に与える影響を評価した。その結果を表1に示した。
【表１】
2006066441.tif 000003
【００７７】
試料Ｎｏ．１は、ノズルの先端が抵抗発熱体の帯の間にあり（図３のＰ２０）にあり、温度安定時間が１９５秒と小さく優れた特性を示した。
【００７８】
一方、試料Ｎｏ．２は、ノズルの先端が抵抗発熱体の上にあり、温度安定時間が３００秒と大きく好ましくないことが分った。
【００７９】
ノズルの先端が熱伝導率の大きな板状体部分であると、冷却時間が短く優れた特性を示すことが分った。これは、熱伝導率の大きい板状体に直接冷却エアーが当たり短時間で熱を奪う事ができ、効率良く冷却することができているからである。このため、効率良く冷却するためには、板状体部分を冷却する必要がある。
【実施例２】
【００８０】
ここでは、冷却ノズル１２の先端と板状体２の距離Lが冷却時間に与える影響を評価した。ノズル１２を固定する位置を調整し、ノズル１２の先端と板状体２の距離Lを変化させた。そして、実施例１と同様の評価をした。
【００８１】
各ウェハ加熱装置１の給電部６に通電して１４０℃保持時のウェハＷ表面の温度バラツキが±０．５℃となるように調整し、１４０℃に保持した。温度設定値を、９０℃に変更後、直ちに、ノズル１２から冷却ガスを板状体２に向けて噴射を開始し、９０℃まで温度が低下し、ウェハＷ表面の温度バラツキが±０．５℃となるまでの時間を降温安定時間とした。今までの冷却効率を改善させるために、目標冷却時間は、降温安定時間２００秒以内とした。ウェハＷ表面の温度バラツキについては、直径３００ｍｍのウェハ表面に、測温センサーを２９箇所の埋めこんだ測温用ウェハを用いて測定した。
【００８２】
作製したウェハ加熱装置の評価は、２５℃の恒温室内で行い、冷却ガスは常温、冷却ガスの総流量は、１２０（リットル／分）とした。また、ノズル１２の口径を１．０ｍｍとした。
【００８３】
そして評価した結果を表２に示した。
【表２】
2006066441.tif 000004
【００８４】
表２より、冷却ノズルの先端と上記板状体の間隔Ｌが重要であり、Ｌが０．１〜１０ｍｍである試料Ｎｏ．４〜７は降温安定時間が１９０秒以下と小さくより優れていることが分った。
【００８５】
しかし、試料Ｎｏ．３や８のようにノズル先端と板状体の距離が０．０５ｍｍと小さ過ぎたり、１５ｍｍと大きすぎると温度安定時間が１９５秒とやや大きかった。試料Ｎｏ．３は、板状体２とノズル１２との距離Ｌが０．０５ｍｍより小さいため、板状体２に衝突したガスの吹き返しがガスの噴射を阻害し、効率が落ちてしまう。逆に、試料Ｎｏ．８は、板状体２とノズル１２との距離Ｌが１５ｍｍと大きいため噴射ガスは拡散してしまい、板状体２に衝突する際の流速が低下、また流量も減少し、冷却効率が落ちてしまうと考えられる。
【実施例３】
【００８６】
ここでは、冷却時間に与える影響を評価した。ノズル１２を固定する位置を調整し、載置面への投影面から見てノズル１２先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離を変化させた。そして、実施例１と同様の評価をした。
【００８７】
その結果を表３に示した。
【表３】
2006066441.tif 000005
【００８８】
載置面への投影面から見てノズル１２先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が３〜１００ｍｍである試料Ｎｏ．１１〜１３は温度安定時間が１７５秒以下と小さく、且つウェハＷ面内の温度差が０．２５℃以下と小さく好ましいことが分った。実施例２と比較し、さらに温度安定時間が小さく好ましいことが分った。
【００８９】
一方、試料Ｎｏ．９、１０は、載置面への投影面から見てノズル１２先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が０．１ｍｍ、１ｍｍと小さ過ぎるために、冷却ノズル１２から、噴出されたエアーが抵抗発熱体５にあたってしまい、降温安定時間が長くなっている。抵抗発熱体５にエアーがあたってしまうと、熱伝導の小さな抵抗発熱体５と板状体２の界面の影響で、熱の移動遅くなり、冷却の効率を悪くし、冷却時間が長くなると考えられる。
【００９０】
また、試料Ｎｏ．１４、１５では、載置面への投影面から見てノズル１２先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が１５０ｍｍ、２００ｍｍと大きいために、ウェハ内の温度バラツキが大きくなっている。降温安定時間は小さいが、ウェハ内の温度分布を均一にすることが出来ていない。これは、ウェハ加熱装置として、最重要目標であるウェハ内の温度均一化の条件を満たしていない。
【００９１】
以上のことより、載置面への投影面から見てノズル１２先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が与える影響は大きく、３〜１００ｍｍとすることが望ましいことが分った。
【実施例４】
【００９２】
ここでは、ノズルの数１２が、冷却時間に与える影響を評価した。ノズル１２の数を調整し、ノズル１２の数を変化させた。そして、実施例１と同様の評価をした。その結果を表４に示した。
【表４】
2006066441.tif 000006
【００９３】
上記ノズルの数が、４〜１６個である試料Ｎｏ．１７〜１９は温度安定時間が１６５秒以下と小さく好ましいことが分った。実施例３と比較し、さらに温度安定時間が小さく好ましいことが分った。
【００９４】
試料Ｎｏ．１６では、ノズルの数が少なく、冷却する際に、ムラが起きるために、降温安定するまでの時間が長くなってしまい、冷却効率を悪くしている。また、試料Ｎｏ．２０では、ノズル１２の数が１７個となることにより、設備上の問題より流速が低下してしまい、冷却時間が長くなり、冷却効率が低下している。
【００９５】
ノズル１２の数を多くしすぎると、全てのノズル１２に必要なガス圧力、および、流速を得るためには、大型で高ガス容量の設備が必要となり、量産には適さない。１６個以下が妥当であると考えられ、ノズル１２の数は、４〜１６個であることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の冷却ノズルと発熱抵抗体の位置を示す拡大図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の板状体に形成した抵抗発熱体の帯の形とノズルの先端の位置を示す図である。
【図４】本発明のウェハ加熱装置の板状体に形成した抵抗発熱体の帯の形とノズルの先端の位置を示す図である。
【図５】従来のノズルの先端が抵抗発熱体の上に位置することを示す拡大図である。
【図６】従来のウェハ加熱装置の板状体に形成した抵抗発熱体の帯の形とノズルの先端の位置を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
Ｗ：半導体ウェハ
１：ウェハ加熱装置
２：板状体
３：載置面
４：絶縁層
５：抵抗発熱体
６：給電部
７：給電端子
８：弾性体（給電部）
９：側壁部
１０：温度センサー
１１：ケース（支持体） 
１２：ノズル
１３：ベースプレート
１４：ヒータ
１５：ウェハ支持ピン
１６：開口部
１７：弾性体（ケース部）
１８：断熱部材
２４：半導体ウェハ
Ｐ２２：抵抗発熱体の上
Ｐ２０：ノズルの先端の位置（抵抗発熱体の帯の間）
Ｐ３０：ノズルの先端の位置（複数の抵抗発熱体の帯の間）
【図１】
2006066441.tif 000007
【図２】
2006066441.tif 000008
【図３】
2006066441.tif 000009
【図４】
2006066441.tif 000010
【図５】
2006066441.tif 000011
【図６】
2006066441.tif 000012