(57)【要約】  【課題】  半導体の設計ルールは、数年後には、０．１０μｍ以下になると言われており、さらに均一な温度分布が要求されている。しかしながら従来技術の抵抗分布調整や分割制御だけでは、数年後の設計ルールを満足するだけの均一な温度分布が達成できない。  【解決手段】  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、内部に複数のブロックに分割された発熱抵抗体を有し、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、前記均熱板を保持するケーシングを備えてなるウエハ加熱装置において、前記複数に分割された発熱抵抗体ブロックは、前記発熱抵抗体を形成した面の中心に配置された円形の発熱抵抗体ブロックと、その外側に同心円状に配置された２つの環状の発熱抵抗体ブロックとからなり、最外周の前記環状の発熱抵抗体ブロックが径方向に分割された複数の発熱抵抗体ブロックとする。【選択図】  図１
2006210932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、内部に複数のブロックに分割された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、前記均熱板を保持するケーシングを備えてなるウエハ加熱装置において、前記複数に分割された発熱抵抗体ブロックは、前記発熱抵抗体を形成した面の中心に配置された円形の発熱抵抗体ブロックと、その外側に同心円状に配置された２つの環状の発熱抵抗体ブロックとからなり、最外周の前記環状の発熱抵抗体ブロックが径方向に分割された複数の発熱抵抗体ブロックからなることを特徴とするウエハ加熱装置。
【請求項２】
前記最外周の前記環状の発熱抵抗体ブロックにおける、外周側３０面積％の範囲の電力密度を他の部分の９０〜２００％としたことを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
【請求項３】
前記ケーシングの前記均熱板を保持する部分が、１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０−５／℃以下、縦弾性係数が５０〜２５０ＭＰａ、且つ熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材質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。
【請求項４】
前記ケーシングの前記均熱板を保持する部分の平坦度が８００μｍ以下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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶装置あるいは回路基盤等のウエハ上に薄膜を形成したり、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てレジスト膜を形成したりするのに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜装置、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。
【０００３】
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２００ｍｍから３００ｍｍと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、１枚づ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回あ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、ウエハの加熱時間の短縮や温度精度の向上が要求されていた。
【０００４】
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、図４に示すような、炭化珪素、窒化アルミニウムやアルミナ等のセラミックスからなる均熱板３２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面とし、他方の主面には絶縁層３４を介して発熱抵抗体３５が設置され、さらに前記発熱抵抗体３５に導通端子３７が弾性体３８により固定された構造のウエハ加熱装置３１が用いられていた。そして、前記均熱板３２は、支持体４１にボルト４７で固定され、さらに均熱板３２の内部には熱電対４０が挿入され、これにより均熱板３２の温度を所定に保つように、導入端子３７から発熱抵抗体３５に供給される電力を調整するシステムとなっていた。また、導入端子３７は、板状構造部４３に絶縁材３９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウエハ加熱装置３１の載置面３３に、レジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、発熱抵抗体３５を発熱させることにより、均熱板３２を介して載置面３３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼き付けしてウエハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
このようなウエハ加熱装置３１において、ウエハＷの表面全体に均質なレジスト膜を形成しするためには、ウエハＷの温度分布を均一にすることが重要である。ウエハＷの温度分布を小さくするため、加熱用のヒータを内蔵したウエハ加熱装置３１において、発熱抵抗体３５の抵抗分布を調整したり、発熱抵抗体３５を分割して温度制御したりする等の提案がされている。
【０００７】
さらに、半導体の設計ルールは年々微細化の方向に進んでおり、より均一な温度分布で加熱できるようなウエハ加熱装置３１が、市場で求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体の設計ルールでは、形成される配線パターンの線径が現在の０．１８μｍから数年後には０．１０μｍ以下になると言われており、さらに均一な温度分布が要求されている。しかしながら従来の抵抗分布の調整や分割制御だけでは、数年後の設計ルールを満足するだけの均一な温度分布が達成できないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、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、内部に複数のブロックに分割された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、前記均熱板を保持するケーシングを備えてなるウエハ加熱装置において、前記複数に分割された発熱抵抗体ブロックは、前記発熱抵抗体を形成した面の中心に配置された円形の発熱抵抗体ブロックと、その外側に同心円状に配置された２つの環状の発熱抵抗体ブロックとからなり、最外周の前記環状の発熱抵抗体ブロックが径方向に分割された複数の発熱抵抗体ブロックとしたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記最外周の前記環状の発熱抵抗体ブロックにおける外周側３０面積％の範囲の電力密度を他の部分の９０〜２００％からなることを特徴とする。
【００１１】
そして、前記ケーシングの前記均熱板を保持する部分が、１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０−５／℃以下、縦弾性係数が５０〜２５０ＭＰａ、且つ熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材質からなることを特徴とする。
【００１２】
また、前記ケーシングの均熱板を保持する部分の平坦度が８００μｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
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、内部に複数個に分割された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、前記均熱板を保持するケーシングとからなるウエハ加熱装置において、前記複数個に分割された発熱抵抗体は、前記発熱抵抗体を形成した面の中心に配置された円形の発熱抵抗体ブロックと、その外側に同心円状に配置された２つの環状の発熱抵抗体ブロックとからなり、最外周の前記環状の発熱抵抗体ブロックが径方向に分割された複数の発熱抵抗体ブロックからなることにより、２００℃の定常温度バラツキが０．７℃以下、外周落ち込み量が０．４℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが７℃以下の温度均一性に優れた加熱装置とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は本発明に係わるウエハ加熱装置１の１例を示す断面図であり、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、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とすると共に、他方の主面に発熱抵抗体５を形成したものである。
【００１６】
また、発熱抵抗体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に導通端子７を押圧して接触させることにより、導通が確保されている。
【００１７】
さらに、均熱板２を保持するケーシングとして支持体１１を備え、均熱板２と支持体１１との間に断熱材１６を設置し、外周にボルトを貫通させ、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する場合に支持体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。
【００１８】
また、パターンとして形成される発熱抵抗体５は図２に示すような複数のブロックに分割される。複数に分割された発熱抵抗体５の内、最外周に環状に構成されるブロック５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの径方向の幅Ａを５〜７０ｍｍとする。この幅を５ｍｍ未満とすると、放熱する最外周の熱量を補うように加熱した場合、電力密度が大きくなり過ぎ、温度サイクルを繰り返すと抵抗変化を起こし、最悪の場合には断線に至ってしまう。また、この幅Ａが７０ｍｍを超えると、最外周への放熱による熱量と内側のブロック５ｅ、５ｆより熱伝導により供給される熱量により最外周に構成されるブロック５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの内側と外側の温度差が大きくなり、均熱が悪くなるので好ましくない。この傾向は、均熱板２のサイズ、発熱抵抗体５の分割ブロック数に係わらず同様である。
【００１９】
均熱板２のサイズとしては、直径１５０〜３５０ｍｍ程度のものが使用される。そして、最外周に構成されるブロック５ａ〜５ｄの径方向の幅Ａは、このように均熱板２のサイズが変わっても５〜７０ｍｍとすることが有効である。また、発熱抵抗体５のブロック構成としては、中心から外周に向けて２〜４グループ程度のブロックに分割して調整することが好ましい。このブロック数を増やせば増やす程細かい温度制御が可能となるが、これ以上増やすことは制御装置の費用が増大するので好ましくない。
【００２０】
また、前記最外周の前記環状の発熱抵抗体５ブロック５ａ〜５ｄの外側３０面積％の範囲Ｂの電力密度を同じブロック５ａ〜５ｄの他の部分の９０〜２００％とすると良い。これにより、外周部の温度落ち込みが改善され温度分布をより均一にすることができる。外側３０面積％の範囲Ｂの電力密度が他の部分の９０％未満になると、外周部の放熱により最外周部の温度が低くなるので好ましくない。また、逆に範囲Ｂの電力密度を他の部分の２００％を超える大きさにすると、室温に冷えたウエハＷを載置面３に載置し加熱処理を行うと、最外周部の温度が速く上がり過ぎ、昇温過渡時の面内均一性が著しく悪くなってしまう。
【００２１】
また、電力密度の調整は、発熱抵抗体５をレーザー加工等でトリミングしたり、発熱抵抗体５の厚みを削ったり、発熱抵抗体５の表面に抵抗調整用のパターンを重ねて形成したりすることにより部分的に抵抗値を変化させることで行う。
【００２２】
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（Ｒｅ２Ｏ３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ３）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き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。
【００２３】
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恐れがあるため、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３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００２４】
また、ケーシングの均熱板２を保持する部分である断熱材１６の物性は、１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０−５／℃以下、縦弾性係数が５０〜２５０ＭＰａ、且つ熱伝導率が３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とし、平坦度を８００μｍ以下としている。１００〜３００℃の熱膨張係数が３×１０−５／℃を超えると熱膨張差により、昇温冷却の繰り返しにより均熱板２との接触状態が変わり、その結果、温度分布の再現性が悪くなってしまう。また、縦弾性係数が５０ＭＰａ未満になると温度サイクルにより断熱材１６は変形してしまう。また、２５０ＭＰａを超えると弾性的に保持することが出来なくなり、支持体１１変形の際の緩和効果が薄れてしまう。また、熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えると均熱板２との接触部の熱引きが大きくなりすぎ温度分布が不均一になってしまう。また、平坦度が８００μｍを超えると均熱板２に反りを発生させ、その結果、温度分布が不均一になってしまう。
【００２５】
なお、図３に他の実施形態を示すように、断熱材１６の形状をＬ形状とすることもできる。
【００２６】
また、支持体１１は板状構造体１３と側壁部とからなり、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。
【００２７】
また、板状構造体１３には、その面積の５〜５０％にあたる開口部が形成されている。
【００２８】
さらに、均熱板２には、温度制御用のセンサである熱電対１０を設置しており、該熱電対１０が検知した温度に適した電力量を、発熱抵抗体５に供給することにより均熱板２の温度を制御する構成となっている。
【００２９】
また、載置面３には複数の凹部１５が形成されており、該凹部１５の中にウエハＷを支えるための支持ピン１４を配置している。該支持ピン１４のウエハ支持部は曲面状としているが、これはウエハＷの損傷を抑えるのに効果的である。支持ピン１４は、略同心円上に配置するのが好ましい。これはウエハＷを安定して載置する為である。そして、前記支持ピン１４の載置面３からの突出高さは、０．０５〜０．５ｍｍに調整されている。
【００３０】
前記突出高さが０．０５ｍｍ未満となると、均熱板２の温度を拾いやすくなり昇温過渡時の温度バラツキが大きくなりすぎるので好ましくない。また、前記突出高さが０．５ｍｍを超えるとウエハＷ交換後のウエハＷ温度の昇温応答性が悪くなり、ウエハＷの温度が安定するまでの時間が長くなるので好ましくない。これに対し、前記突出高さｈを０．０５〜０．５ｍｍとすると、昇温過渡時の温度バラツキを小さくすることができ、かつウエハＷの温度を速やかに安定させることができる。より好ましくは０．０５〜０．３ｍｍの範囲とする方がよい。
【００３１】
なお、支持ピン１４は凹部１５に接合せずに単に載置しておくだけでよい。その場合、脱落を防止するために、不図示の固定治具を凹部１５の上部に設置する。この固定治具は、支持ピン１４とは接触しても接触しなくても特に支障はなく、固定治具は市販のスナップリングを用いても何ら問題ない。ただし、固定治具の材質としては、Ｎｉ、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ６３１、４２アロイ、インコネル、インコロイ等、耐熱金属のものを使用すべきである。
【００３２】
また、不図示のリフトピンは支持体１１内に昇降自在に設置され、ウエハＷを載置面３上に載せたり、載置面３より持ち上げたりするために使用される。そして、このウエハ加熱装置１により半導体ウエハＷを加熱するには、載置面３を所定の温度に加熱しておく。次に不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウエハＷをリフトピンにより支持したあと、リフトピンを降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。次に、ウエハＷの熱引きによる載置面の温度降下を熱電対１０により検出し、その結果を元に最適な電力を給電部６に通電して発熱抵抗体５を発熱させ、絶縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。
【００３３】
このとき、本発明によれば、均熱板２を炭化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、もしくは窒化アルミニウム質焼結体により形成してあることから、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、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも発熱抵抗体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。しかも、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、半導体ウエハ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。
【００３４】
ところで、このような特性を満足するには、均熱板２の板厚を１．５ｍｍ〜９ｍｍとすると良い。これは、板厚が１．５ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために温度バラツキを平準化するという均熱板２としての効果が小さく、発熱抵抗体５におけるジュール熱のバラツキがそのまま載置面３の温度バラツキとして表れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚が９ｍｍを超えると、均熱板２の熱容量が大きくなり過ぎ、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間や温度変更時の冷却時間が長くなり、生産性を向上させることができないからである。
【００３５】
また載置面３の大きさは、ウエハＷの大きさの１０７．５〜１３０％とすることが好ましい。これは１０７．５％未満になると、定常時の温度バラツキが１０℃を超えてしまう。逆に１３０％を超えると消費電力が３００Ｗを超えてしまう。これに対し１０７．５〜１３０％とすると定常時温度バラツキ、過渡時温度バラツキを小さく、省電力化することができる。
【００３６】
また、均熱板２を形成するセラミックスとしては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムのようないずれか１種以上を主成分とするものを使用することができる。
【００３７】
炭化珪素質焼結体としては、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（Ａｌ２Ｏ３）とイットリア（Ｙ２Ｏ３）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。
【００３８】
また、炭化硼素質焼結体としては、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。
【００３９】
そして、窒化硼素質焼結体としては、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。
【００４０】
また、窒化珪素質焼結体としては、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Ａｌ２Ｏ３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ２量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ２と、意図的に添加したＳｉＯ２の総和である。
【００４１】
また、窒化アルミニウム質焼結体としては、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。
【００４２】
これらの焼結体は、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。
【００４３】
さらに、均熱板２の載置面３とは反対側の主面は、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。
【００４４】
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３５０μｍ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。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１００μ〜６００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００４５】
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は、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。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。
【００４６】
次に、絶縁層４に樹脂を用いる場合、その厚みが３０μｍ未満では、耐電圧が１．５ｋＶを下回り、絶縁性が保てなくなるとともに、発熱抵抗体５にレーザ加工等によってトリミングを施した際に絶縁層４を傷付け、絶縁層４として機能しなくなり、逆に厚みが１５０μｍを超えると、樹脂の焼付け時に発生する溶剤や水分の蒸発量が多くなり、均熱板２との間にフクレと呼ばれる泡状の剥離部ができ、この剥離部の存在により熱伝達が悪くなるため、載置面３の均熱化が阻害される。その為、絶縁層４として樹脂を用いる場合、絶縁層４の厚みは３０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは６０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００４７】
また、絶縁層４を形成する樹脂としては、２００℃以上の耐熱性と、発熱抵抗体５との密着性を考慮すると、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂等が好ましい。
【００４８】
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酸化膜２３を形成することで、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。
【００４９】
また、図示しないが、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、タングステン（Ｗ）もしくはタングステンカーバイド（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。
【００５０】
上記絶縁層４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、例えばレジスト乾燥用に使用する場合、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均熱板２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋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、均熱板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、均熱板２に反りが発生したり、クラックや剥離等の欠陥が生じたりし易いからである。
【実施例１】
【００５１】
炭化珪素原料に３重量％のＢ４Ｃと２重量％の炭素を適量のバインダーおよび溶剤を用いて混合し、造粒した後成形圧１００ＭＰａで成形し、１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり外径が３００ｍｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得た。
【００５２】
この焼結体の両主面及び外周部に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径３２０ｍｍの円盤状をした均熱板２とし、さらに大気中で１２００℃×１時間の熱処理を施し前記焼結体の表面に酸化膜２４を形成した。その後、ガラス粉末に対してバインダーとしてのエチルセルロースと有機溶剤としてのテルピネオールを混練して作製したガラスペーストをスクリーン印刷法にて敷設し、８０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、４５０℃で３０分間脱脂処理を施し、さらに７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、ガラスからなる厚み４００μｍの絶縁層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Ｐｔ粉末を混合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、８０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに４５０℃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３０μｍの発熱抵抗体５を形成した。また、発熱抵抗体５の分割数は図２に示すように６分割とし、最外周に構成されるブロック５ａ〜５ｄの径方向の幅Ａは、２、５、１０、３０、５０、７０、９０ｍｍの７種類準備した。
【００５３】
また、支持体１１は、主面の４０％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を形成し、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。
【００５４】
さらに、転写法により金ペーストからなる給電部６を形成し、７００〜９００℃で焼き付け処理した。その後、バネを有する導通端子７を装着した支持体１１に断熱材１６、均熱板２の順に設置し、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。また、断熱材１６を幅３ｍｍ、厚み１ｍｍとした。
【００５５】
また、均熱板２の載置面３の平坦度を３０μｍとした。
【００５６】
また、支持ピン２０の載置面３からの突出高さは、１００μｍ、数は外周部に
３個、中央部に１個の構成とした。
【００５７】
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２００℃で保持し、載置面３、２３の上に載せたウエハ表面の温度分布を、均熱板２の同心円で半径４０ｍｍ、８０ｍｍ、１２０ｍｍ、１４５ｍｍの円周上の３等分点１２点の合計１２点の定常時の温度バラツキを測定し、半径１２０ｍｍと１４５ｍｍ部の温度差を外周温度落ち込み量として算出した。さらに、１５０℃に３０分保持し、その後、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評価した。評価の判定基準としては、２００℃の定常温度バラツキが、０．７℃以下、外周落ち込み量０．４℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが７℃以下のものをＯＫとし、それ以上となるものはＮＧとした。その後、昇温速度２００℃／ｍｉｎ、冷却速度５０℃／ｍｉｎで、４０℃と２００℃間の冷熱サイクル試験を行い、１０００サイクル毎に、同様の温度分布評価を行いＮＧとなるまで評価した。また、３００００サイクル時点でＯＫのものは、３００００サイクルＯＫとして評価を終了した。判定基準は、ＮＧとなるまでのサイクル数が、１００００サイクル以上のものをＯＫとして判定した。
【００５８】
結果を表１に示した。
【表１】
2006210932.tif 000003
【００５９】
表１から判るように、試料１のように最外周のブロックの幅Ａが５ｍｍ未満になると、外周側への熱引きに相当する電力を供給すると電力密度が大きくなりすぎるため冷熱サイクル試験が１００００サイクル未満でＮＧとなってしまった。また、試料７のように７０ｍｍを超えると外周側への熱引きの影響を受けパターン内で温度差が出来てしまった。その結果外周温度落ち込み量、定常時の温度バラツキも大きくなってしまい、定常時の温度バラツキが０．７℃を超え、また、外周温度落ち込み量も０．４℃を超えてしまった。過渡温度バラツキに関しては全て満足する結果となった。また、試料２〜６の最外周ブロックの幅Ａを５〜７０ｍｍの範囲とすることにより、２００℃の定常温度バラツキが、０．７℃以下、外周落ち込み量０．４℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが７℃以下、冷熱サイクル試験１００００サイクル以上ＯＫとすることが出来た。さらに好ましくは、１０〜５０ｍｍの範囲が良好な結果が得られた。
【実施例２】
【００６０】
ここでは、図２に示す最外周のブロック５ａ〜５ｄの外側３０面積％の範囲Ｂの電力密度を他の部分比で８０、９０、１２０、１５０、１８０、２００、２１０％の７種類とし、最外周ブロックの幅Ａを５０ｍｍ固定とし実施例１と同様にしてサンプルを作製した。その後、実施例１と同様に温度分布、過渡特性の評価を実施した。
【００６１】
結果を表２に示した。
【表２】
2006210932.tif 000004
【００６２】
表２から判るように、試料１のように外側３０面積％の範囲Ｂの電力密度比が９０％未満になると外周側への熱引きに相当する電力が供給出来ないため外周温度落ち込み量が大きくなり、定常時の温度バラツキも大きくなってしまった。逆に試験８のように２００％を超えると過渡時の昇温が外周側のみ速くなりすぎ過渡時の温度バラツキが大きくなってしまった。また、試験２〜７の外側３０面積％の範囲Ｂの電力密度比を９０〜２００％の範囲とすることにより、実施例１の結果よりさらに改善され、２００℃の定常温度バラツキが、０．６℃以下、外周落ち込み量０．３℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが５℃以下とすることが出来た。さらに好ましくは、１２０〜１８０％の範囲が良好な結果が得られた。
【実施例３】
【００６３】
ここでは、図１に示す断熱材１６の材料物性値を１００〜３００℃の熱膨張係数が１、２、３、４×１０−５／℃の４種類、縦弾性係数３０、５０、１００、２００、２５０、３００ＭＰａの６種類、熱伝導率１０、２０、３０、４０、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の５種類、計１５種類として、熱膨張係数３×１０−５／℃、縦弾性係数２００ＭＰａ、熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）に固定し準備した。また発熱抵抗体５は最外周ブロックの幅Ａを５０ｍｍ、外側３０面積％の範囲Ｂの電力密度比１５０％とし、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。実施例１と同様に温度分布、過渡特性の評価を行った。その後、室温まで冷却、再度２００℃に加熱、保持し温度分布の再測定評価を行い、測定点１２点の初期と再測定との温度差を各点で算出し、１２点の最大値を温度再現性（℃）とした。評価の判定基準としては、温度再現性が０．４℃以下のものをＯＫとし、それ以上となるものはＮＧとした。
【００６４】
結果を表３、４、５に示した。
【表３】
2006210932.tif 000005
【００６５】
表３から判るように、試験４のように熱膨張係数が３×１０−５／℃を超えると、均熱板２との熱膨張差により温度サイクルを加えると断熱材１６との接触状態が変わってしまう。その結果、温度分布に影響を与え、定常時の温度再現性が０．４℃となってしまった。逆に試験１〜３のように熱膨張係数が３×１０−５／℃とすることにより、２００℃の定常温度バラツキが、０．７℃以下、定常時の温度再現性が０．３℃以下、外周落ち込み量０．４℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが７℃以下とすることが出来た。
【表４】
2006210932.tif 000006
【００６６】
表４から判るように、縦弾性係数が試験１のように５０ＭＰａ未満の場合温度サイクルを加えると断熱材１６が変形してしまい均熱板２との接触状態が変わってしまう。その結果、温度分布に影響を与え、定常時の温度再現性が０．４℃となってしまった。また、試験６のように２５０ＭＰａを超えると、断熱材１６が硬い為、均熱板２が倣い、断熱材１６の平坦度の影響を受けてしまう。その結果、定常温度バラツキが、０．７℃、外周落ち込み量０．４℃になってしまった。逆に試験２〜５の縦弾性係数を５０〜２５０ＭＰａとすることにより、実施例１の結果よりさらに改善され、２００℃の定常温度バラツキが、０．５℃以下、定常時の温度再現性が０．３℃以下、外周落ち込み量０．３℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが４℃とすることが出来た。
【表５】
2006210932.tif 000007
【００６７】
表５から判るように、試験５のように熱伝導率４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）を超えると、支持体１１への熱引きが大きく定常温度バラツキが、０．７℃、外周落ち込み量０．４℃となってしまった。逆に試験１〜４のように熱伝導率４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下にすることにより実施例１の結果よりさらに改善され２００℃の定常温度バラツキが、０．５℃以下、定常時の温度再現性が０．２℃、外周落ち込み量０．３℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが４℃とすることが出来た。
【実施例４】
【００６８】
ここでは、図１に示す断熱材１６の物性値を熱膨張係数３×１０−５／℃、縦弾性係数２００ＭＰａ、熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）に固定し、均熱板２との接触部の平坦度を５０、１００、２００、４００、６００、８００、１０００μｍの７種類準備した。また発熱抵抗体５は最外周ブロックの幅Ａを５０ｍｍ、外側３０面積％の範囲Ｂの電力密度比１５０％とし、実施例１と同様にしてサンプルを作製した。実施例１と同様に温度分布、過渡特性の評価を行った。
【００６９】
結果を表６に示した。
【表６】
2006210932.tif 000008
【００７０】
表６から判るように、試験７のように平坦度が８００μｍを超えると、均熱板２の平坦度も悪くなり、その結果、定常温度バラツキが、０．７℃、外周落ち込み量０．４℃、過渡時の温度バラツキが７℃となってしまった。逆に試験１〜６のように平坦度を８００μｍ以下にすることにより実施例１の結果よりさらに改善され２００℃の定常温度バラツキが、０．５℃以下、外周落ち込み量０．３℃以下、ウエハＷの昇温過渡時の温度バラツキが７℃以下とすることが出来た。
【００７１】
なお、本実験は、φ３００ｍｍ径のウエハＷを用いて行ったが、φ２００ｍｍ径のウエハＷであっても同様の結果であった。
【００７２】
また、本実験は、図１の形状で行ったが、断熱材１６の形状が図３に示すようなＬ形状であっても同様の結果であった。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウエハ加熱装置の発熱抵抗体パターンの一例を示す図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１：ウエハ加熱装置
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
１４：支持ピン
１５：凹部
１６：断熱材
Ｗ：ウエハ
Ａ：最外周ブロックの幅
Ｂ：最外周ブロックの３０面積％範囲
【図１】
2006210932.tif 000009
【図２】
2006210932.tif 000010
【図３】
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【図４】
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