(57)【要約】【課題】        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。【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、前記基材の熱容量が、該基材内で分布を形成することを特徴とする。前記基材もしくは基材の一部が、１種の金属あるいは２種以上の金属の複合体または合金からなることが好ましい。【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、前記基材の熱容量が、該基材内で分布を形成することを特徴とする半導体製造装置用加熱体。
【請求項２】
前記基材が、１種の金属あるいは２種以上の金属の複合体または合金からな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】
前記基材の一部が、１種の金属あるいは２種以上の金属の複合体または合金からな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】
前記基材が、金属とセラミックスの複合体からな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５】
前記基材の一部が、金属とセラミックスの複合体からな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６】
前記基材の形状が、円板状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項７】
前記基材の熱容量が、同心円状の分布を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項８】
前記基材の熱容量が、一方向に傾斜した分布を形成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項９】
前記基材の熱容量が、厚さ方向に変化した分布を形成することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１０】
前記基材の熱容量が、階段状に変化した分布を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１１】
前記基材の熱容量が、連続的に変化した分布を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１２】
前記基材の熱容量の分布は、該基材の厚みを変えることによって形成することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１３】
前記基材の熱容量の分布は、異種の材料を組み合せることによって形成す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】
前記基材が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種以上の材料あるいはそれらの合金からなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１５】
前記基材が、シリコンと炭化ケイ素の複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）またはアルミニウムと炭化ケイ素の複合体（Ａｌ−ＳｉＣ）のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１６】
前記基材の一部が、シリコンと炭化ケイ素の複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）またはアルミニウムと炭化ケイ素の複合体（Ａｌ−ＳｉＣ）のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１７】
前記基材の一部が、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかであることを特徴とする請求項１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１８】
前記基材の一部が、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項１９】
前記基材が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種以上の材料あるいはそれらの合金と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとの、２種以上からなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２０】
前記基材の一部が、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種以上の材料あるいはそれらの合金と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとの、２種以上からなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２１】
前記抵抗発熱体が、複数のゾーンに分割されており、それぞれのゾーンが独立制御が可能であることを特徴とする請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２２】
冷却モジュールを具備することを特徴とする請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２３】
前記冷却モジュールには、流体が流通でき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】
少なくとも前記加熱体が、金属製の容器に収容されていることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２５】
前記抵抗発熱体の外周側の発熱量が、大きいことを特徴とする請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【請求項２６】
前記基材の表面に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）をメッキしていることを特徴とする請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の半導体製造装置用加熱体。
【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、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の基材の熱容量に、該基材内で分布を形成することにより均熱性を向上させることができることを見出した。
【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、前記基材の熱容量が、該基材内で分布を形成することを特徴とする。
【００１４】
加熱体を構成する基材の熱容量に分布を持たせることにより、一定温度の基材が有する熱に分布が生じることになる。このような基材を用いて、基材に裁置したウェハを加熱すると、ウェハを裁置した時点で基材からウェハに伝わる熱量の大きさは、基材の熱容量の分布の影響を受けて変化する。その結果、ウェハ加熱に要する熱量の分布や増減を変化させることが可能となり、昇温中の温度ばらつきを低減することができる。
【００１５】
前記基材もしくは基材の一部が、１種の金属あるいは２種以上の金属の複合体または合金からなることが好ましい。もしくは、前記基材もしくは基材の一部が、金属とセラミックスの複合体からなることが好ましい。このようにすることによって、様々な大きさでかつ、多種多様な形態の熱容量分布を作り出すことができる。その結果、ウェハ加熱に要する熱容量の分布や増減を変化させやすく、昇温中の温度ばらつきをより低減することが可能となる。
【００１６】
更に、前記基材の形状を円板状にすれば、半導体製造に用いるウェハは通常円形であるので、基材からウェハへ伝わる熱の分布を制御しやすく、昇温中のウェハの温度分布を小さくすることができる。更に、前記基材の熱容量の分布を、同心円状としても、基材からウェハへ伝わる熱の分布を制御しやすく、昇温中のウェハの温度分布を小さくすることができる。
【００１７】
また、ウェハの載置方法や加熱環境によっては、前記基材の熱容量が、一方向に傾斜した分布を形成することで、基材からウェハへ伝わる熱の分布を制御しやすく、昇温中のウェハの温度分布を小さくすることができる。
【００１８】
前記基材の熱容量を、厚さ方向に変化した分布を形成することで、基材からウェハへ伝わる熱の分布を制御することも可能である。その結果、昇温中のウェハの温度分布を小さくすることができる。基材の熱容量分布における変化の形態は、熱の移動状態を制御する上での必要性に応じて、変えることが可能である。
【００１９】
また、前記基材の熱容量分布の変化の形態として、階段状に変化した分布を形成することもできる。階段状の変化にすることで伝熱の分布を制御し、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。また、連続的に変化した分布を形成することもできる。熱容量に連続的な変化を設けることで、基材からウェハへ伝わる熱の分布を、なめらかな変化を有する分布とすることで、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。これらの基材の熱容量分布の変化は、基材の種類、大きさ、加熱の条件、環境等により好ましい形態が定められ、前述の階段状の変化や連続的な変化の有効性も決まる。
【００２０】
前記基材の熱容量の分布は、その熱容量の分布に対応するように、該基材の厚みを変えることによって形成することが可能である。必要な熱容量分布を形成させる厚みの分布を有する基材を用いることで、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。
【００２１】
また、前記基材の熱容量の分布は、異種の材料を組み合せることによって形成することも可能である。異種の材料を組み合わせて、熱容量分布を形成させた基材を用いることで、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。
【００２２】
前記基材に、金属材料では、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種以上の材料あるいはそれらの合金を用いると、体積あたりの熱容量が大きい材料であるため、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。
【００２３】
また、前記基材もしくは基材の一部に、シリコンと炭化ケイ素の複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）またはアルミニウムと炭化ケイ素の複合体（Ａｌ−ＳｉＣ）のいずれかを用いると、必要な熱的物性値の材料を作り出すことができるため、必要な熱容量分布を実現させた基材を実現することで、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。
【００２４】
また、前記基材の一部に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかを用いることも可能である。特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高い材料で熱的特性に優れており、基材としては有効であり、ウェハの温度分布をより低減することが可能とある。
【００２５】
前記基材もしくは基材の一部に、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種以上の材料あるいはそれらの合金と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとの、２種以上からなるものを用いることにより、効果的な熱容量分布が形成され、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能とある。
【００２６】
前記抵抗発熱体は、複数のゾーンに分割されており、それぞれのゾーンが独立制御が可能とすることにより、温度の低いエリアにより多くの電力を供給して加熱することが可能となり、均熱化がより行いやすくなる。
【００２７】
更に、冷却モジュールを具備することにより、冷却時の冷却速度を上げることが可能となりスループットを上げることが可能となる。また、冷却モジュールには、流体が流通できることにより、冷却流体によるより効率的な冷却が可能となる。
【００２８】
少なくとも前記加熱体が、金属製の容器に収容されていることにより、環境の影響を受けにくくなる。
【００２９】
前記抵抗発熱体の外周側の発熱量を、大きくすることにより、外周からの熱の逃げによる温度バラツキを矯正することができる。
【００３０】
前記基材の表面に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）をメッキすることにより、基材の酸化や熱劣化を防ぎ、基材の材質がウェ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。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、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の基材の熱容量を、該基材内で分布を形成することで、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】
【００３２】
抵抗発熱体を有する加熱体では、例えば、抵抗発熱体が１ゾーンの場合は、加熱体の形状が例えば円板状である場合、同心円状や渦巻状の抵抗発熱体パターンを形成し、これに通電することで、加熱体の温度を上昇させる。このとき加熱後、定常状態において温度分布が均一である場合、加熱体の外周部は、加熱体の側面が存在するために、どうしても発熱量を多くするような設計にする必要がある。このため加熱体を所定の温度から昇温させる場合には、どうしても加熱体の外周部の温度が内部に比較して速く温度上昇するために加熱体の温度ばらつきが大きくなり、ウェハを処理する際には非常に好ましくない。
【００３３】
そこで、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、前記基材の熱容量が、該基材内で分布を形成することを特徴とする。
【００３４】
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。しかし、熱容量が大きくなりすぎると、温度低下後の温度回復に時間を要してしまう。また、ウェハ載置後の基材の温度は載置したウェ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、ウェ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、ウェ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、載置したウェハの影響を受けて、様々な温度低下による温度分布を発生させる。ウェ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ェハの均熱化には大きな障害となる。
【００３５】
このように発生する基材の温度分布を防ぐには、ウェ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。ウェハの均熱化に好ましい温度分布を形成させるには、ウェ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、ウェ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、基材の熱容量を制御して、基材の温度低下を抑制することに加えて、基材の熱容量に分布を形成すれば、昇温や降温という過渡状態での均熱性が向上することを見出した。すなわち、基材の熱容量に分布を作ることで、ウェハに熱量を取られても、ウェハの迅速な均熱化に望ましい基材の温度分布を実現することが可能である。
【００３６】
加熱体を構成する基材もしくは基材の一部の材料は、１種の金属あるいは２種以上の金属の複合体あるいは合金を用いる。また、この金属の複合体あるいは合金の代わりに、２種以上の金属とセラミックスの複合体を用いても構わない。金属材料には、セラミックス等の他の材料と比較して、様々な大きさの熱容量の材料が存在しており、その組合せにより多種多様な大きさおよび形態の熱容量分布を作り出すことができる。すなわち、望ましい基材の熱容量分布を容易に実現することができる。その結果、ウェハの迅速な均熱化に望ましい基材の温度分布を容易に実現することが可能となる。
【００３７】
また、材料の組合せの方法についても、金属材料では複合化や合金化が容易である。また、熱伝導率も多種多様なので、この熱伝導率を考慮した組合せも可能である。また、熱容量の絶対値が大きいため、基材の体積を減らして、厚みを薄くすることもできる。併せて、材料そのものが安価であるのに加え、製造方法についても、鋳造、鍛造、塑性加工、粉末冶金、さらに切削加工、研削加工と多種の方法があり、材料や所定の形状に応じて、適切な手法を適用し、安価に製造することが可能である。
【００３８】
ウェハ均熱化に必要な基材の温度分布は、ウェハや基材の形状、大きさや温度、ウェハの裁置の方法等によって決定されるため、本発明の熱容量分布の形は一概に定めることはできない。但し、その分布の形としては、基材の面内方向においては、主として同心円状、一方向の傾斜が考えられる。また、厚み方向においても熱容量分布を形成させることも可能である。
【００３９】
熱容量分布を形成させる変化の形としては、階段状、連続的形状も可能である。階段状の変化にすることは、基材に不連続的な熱容量分布を設けることになる。不連続な熱容量の分布により、基材からウェハへ伝わる熱の分布を、シャープな変化を有する分布もしくはそれに近い熱分布とすることができる。基材からウェハへ伝わる熱の分布を制御することで、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。熱容量の階段状の変化の設定は、同心円状、一方向の傾斜、厚さ方向、その他、任意の熱容量分布に適用することができる。また、階段状の熱容量分布は基材の一部にあっても全体によく、特定はされない。
【００４０】
基材の熱容量分布を連続的に変化させることも可能である。熱容量の連続的な変化を設けることで、基材からウェハへ伝わる熱の分布を、なめらかな変化を有する分布もしくはそれに近い熱分布とすることができる。こうした伝熱の分布を制御により、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。熱容量の連続的な変化の設定は、同心円状、一方向の傾斜、厚さ方向、その他、任意の熱容量分布に適用することができる。また、連続的な熱容量分布は基材の一部にあっても全体にあってもよく、特定はされない。
【００４１】
これらの基材の熱容量分布の変化は、基材の種類、大きさ、加熱の条件、環境等により好ましい形態が定められ、前述の階段状の変化や連続的な変化の有効性も決まる。
【００４２】
基材の熱容量の分布を形成するためには、基材の厚みを変えることも有効である。基材の厚い部分は熱容量が大きくなるため、基材に厚みの分布をつくることで熱容量の分布を形成することができる。例えば、同一の材料からなる基材に同心円状に厚みの分布を形成させると、同心円状の熱容量分布を形成させることができる。厚みを変える方法としては、機械加工、鋳造、溶接等があるが、これらに特定はされない。
【００４３】
また、基材の熱容量の分布を、異種の材料を組み合わせることで、形成することも可能である。例えば、複数の熱容量の異なる材料の基材を重ねることにより、厚み方向に熱容量の分布を形成することができる。また、基材の内部を部分的に熱容量の異なる材料で置き換えることにより、部分的に熱容量を変えた基材を作ることができる。置き換える材料の大きさ、形状、熱容量を変化させることで、基材の熱容量分布を変化させることができる。異種材料を組み合わせる部分の数、場所および材料の種類の数は特に特定されない。また、異種材料を組み合わせて取り付ける方法は、溶接、接着、ネジ締め等があるが、これらに特定されない。
【００４４】
基材あるいは基材の一部に用いる材料は、金属、セラミックスといった無機材料や有機材料、もしくはカーボン系の材料、これらの複合材料等を用いることができる。こうした材料の中で、金属材料では、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種あるいはそれらの複合材質あるいはその合金が好ましい。これらの金属材料は体積あたりの熱容量が大きい材料であり、基材の熱容量分布を形成させやすい材料である。
【００４５】
また、基材あるいは基材の一部にシリコンと炭化ケイ素の複合体（Ｓｉ−ＳｉＣ）またはアルミニウムと炭化ケイ素の複合体（Ａｌ−ＳｉＣ）のいずれかを適用することも有効である。これらの材料は熱容量の異なる材料の複合体であるため、材料内での存在比率を変えることで、様々な熱容量の材料を作り出すことができる。また、一つの複合体材料の中で存在比率を変化させることで、必要な熱容量分布を実現させた材料を実現することも可能である。
【００４６】
基材の一部に適用するセラミックス材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかであることが望ましい。これらの材料は、機械的、熱的特性に優れる材料であり、セラミックスの中では比較的の低価格の材料である。その中で特に窒化アルミニウムは熱伝導率が高い材料で熱的特性に優れており、基材としては有効である。
【００４７】
基材に熱容量分布を形成させるために、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）から選ばれる１種以上の材料あるいはそれらの合金と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のいずれかとの、２種以上からなる基材を用いることも有効である。また、これらを基材の一部に用いることも可能である。このような材料の組合せで比較的容易に様々な熱容量分布が形成され、基材からウェハへ伝わる熱の分布を制御することにより、昇温中のウェハの温度分布を低減することが可能である。
【００４８】
本発明の加熱体の材質は特に制約はないが、セラミックスが好ましい。加熱体の材質として金属を用いた場合は、被加熱物と加熱体との摩擦やこすれによって、パーティクルが発生する。特に被加熱物がシリコンウエハである場合は、シリコンウエハの硬度が金属よりも高いために、特に金属製の加熱体との摩擦やこすれによってパーティクルが発生し、発生したパーティクルが再びウェハに付着し、不良を発生するという問題があるので好ましくない。しかし、一般にセラミックスはシリコンウエハに比較して硬度が高いため、こすれや摩擦によるパーティクルの発生を大幅に低減できるため、好ましい。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
上記表面粗さを得るために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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
本発明においては、抵抗発熱体パターンを複数のゾーンに分割することができる。分割の形状としては、特に制約はないが、加熱体の温度上昇時に、加熱体の温度分布が均一になるように制御できる分割方法が好ましい。具体的には、外周部と内周部に分割することができる。加熱体の外周部は、昇温時にはどうしても温度が高くなるため、内周部に比較して出力を抑え、できるだけ内外の温度差がつかないように昇温できるため好ましい。分割数としては、２ゾーンであっても構わないし、温度分布を考慮すれば３ゾーン以上であることが好ましい。但し、ゾーン数が増加すると、制御機や出力装置などが増加するため、コストアップの要因になる。このため両方を鑑みると、２ゾーン、ないしは３ゾーンによる制御が好ましい。特に最近は、温度分布に対する要求が強いことから、３ゾーンによる制御が均熱性に優れているため、より好ましい。
【００９２】
また、所定の温度に加熱された加熱体に常温のウェハを搭載する場合においても、ウェハの中心部の温度が低下するが、この場合も抵抗発熱体回路を、同心円状の複数部分に分割することで、温度分布を小さくすることができる。すなわち、外周部の出力を抑え、内周、中心部の出力を大きくすることで、加熱体の温度分布、すなわちウェハの温度を均一化することができるので好ましい。
【００９３】
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、加熱体を冷却する必要が生じた際に、加熱体に当接し、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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。また、流路に金属や樹脂製のパイプを用いてもよい。その場合、アルミニウムや銅などの金属製の板にネジ止めや溶接や接着などによって取り付けて冷却モジュールとすることができる。
【００９６】
また加熱体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加熱体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。
【００９７】
加熱体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加熱体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。
【００９８】
加熱体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加熱体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。
【００９９】
前記加熱体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、加熱体と冷却モジュールの密着性が向上し、加熱体の温度分布の均一性と冷却速度が向上する。
【０１００】
特に、前記加熱体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。
【０１０１】
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加熱体の場合、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。
【０１０２】
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、加熱体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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
前記基材のウェ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、基材の材質がウェ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。
【０１０６】
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】
【０１０７】
図１に示すように、発熱回路が３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、直径３３０ｍｍのＳＵＳ製発熱体を作製した。このＳＵＳ製発熱体の上面に基材Ａ１、下面に基材Ｂ２を配置し、加熱体を作製した。
【０１０８】
基材Ａは、直径３３０ｍｍ、厚さ３ｍｍの銅板（Ｃｕ）と窒化アルミニウム板（ＡｌＮ）を用意した。基材Ｂは、直径３３０ｍｍ、厚さ１２ｍｍの銅板（Ｃｕ−１）、同心円状の熱容量分布を形成するために、図２に示すように、直径３３０ｍｍ、厚さ１２ｍｍの直径３００ｍｍ以上の外周部を１０ｍｍ切り取った銅板（Ｃｕ−２）、および図３に示すように、直径３３０ｍｍ、厚さ１２ｍｍの直径３００ｍｍ以上の外周部を１０ｍｍ切り取り、更に、直径２８０ｍｍ以上の外周部を１ｍｍ切り取った銅板（Ｃｕ−３）の三種類を用意した。銅板の表面は、ニッケルメッキを施した。これらの基材１と基材２を表１に示すように組み合せて加熱体とした。
【０１０９】
また、厚さ５ｍｍ、直径３３０ｍｍのジュラルミン板を２枚用意し、１枚に機械加工で水路を形成した後ニッケルメッキを２０μｍ施し、ニッケルメッキを施した他の板と、Ｏ−リングを挟み込む形でネジ止めし、これに水の入口、出口になるコックを取り付け冷却モジュールを完成した。
【０１１０】
これらの加熱体と冷却モジュール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に搭載し、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。
【０１１１】
【表１】
2006210467.tif 000003
【０１１２】
表１から判るように、基材の外周部の厚みに分布を作り、熱容量の分布を形成させることで、ウェハの温度分布が均熱になることが分かる。加熱体１−３では３０秒後に０．０９℃、６０秒後で０．０８℃、加熱体１−６では３０秒後に０．０９℃、６０秒後で０．０７℃、の温度幅の温度分布が得られた。
【実施例２】
【０１１３】
図４に示すように、実施例１と同様の厚さ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、その上に、直径３３０ｍｍの基材Ｃ２０を配し、加熱体を作成した。基材Ｃ２０は、直径３３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの銅板（Ｃｕ−４）と、同心円状の熱容量分布を形成するために、図５に示すように、直径３３０ｍｍ、厚み１０ｍｍの直径３００ｍｍ以上の外周側をＲ４．０として、８ｍｍ切り落とした銅板（Ｃｕ−５）の２種類用意した。実施例１と同様に、これらの加熱体と冷却モジュールをステンレス製の容器に取付け、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。なお、温度は、実施例１と同様の１３０℃と２００℃とした。
【０１１４】
【表２】
2006210467.tif 000004
【０１１５】
表２より、基材の厚みに分布を作り、熱容量の分布を形成させることで、ウェハの温度分布が均熱になることが分かる。加熱体２−２（１３０℃加熱）では３０秒後に０．０９℃、６０秒後で０．０７℃、加熱体２−４（加熱２００℃加熱）では３０秒後に０．１７℃、６０秒後で０．１３℃の温度幅の温度分布が得られた。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明によれば、加熱体を構成する基材の熱容量が、該基材内で分布を形成することによって、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】
【０１１７】
【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】本発明の基材の一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の基材他の一例を示す断面模式図である。
【図４】本発明の加熱体の他の一例を示す断面模式図である。
【図５】本発明の基材の他の一例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１    基材Ａ
２    基材Ｂ
３    抵抗発熱体
４    絶縁体
１０    加熱面
２０    基材Ｃ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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