(57)【要約】【課題】ウェハ加熱装置の温度がばらつき、必要な均熱性や温度応答性が得られないという課題があった。【解決手段】本発明によれば、板状体の一方の主面を被加熱物を加熱する加熱面とし、その内部または他方の主面に帯状の抵抗発熱体を配設し、該帯状の抵抗発熱体の帯は略同一の幅を有する弧状配線部と折り返し弧状配線部とを連続させて略同心円環状に配設され、同一円周上に位置する一対の折り返し弧状配線部の間の距離が半径方向に隣り合う円弧状パターン間の距離よりも小さく、上記抵抗発熱体の両端に給電部を備え、該給電部が上記円環の外に備える。【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を被加熱物の加熱面とし、その内部または他方の主面に上記加熱面に対向する環状のゾーン内を引き回して形成された帯状の抵抗発熱体、上記板状体若しくは上記被加熱物の温度を測定する測温素子及び上記抵抗発熱体を加熱する給電部とを配設してなるヒータにおいて、上記測温素子が上記ゾーン内に、上記給電部が上記ゾーン以外にそれぞれ配置して成ることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
上記抵抗発熱体は複数の弧状配線部と折り返し配線部によるＵ字パターンにより引き回されていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
上記Ｕ字パターンの複数を同心円環状に配列し、同一円上に配列した一対のＵ字パターンの折り返し配線部間の距離が径方向に隣り合う各Ｕ字パターン間の距離よりも短くしたことを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
【請求項４】
上記複数のＵ字パターンのうち同一円上に配列した一対のＵ字パターンの折り返し配線部間の距離が、径方向に隣り合う各Ｕ字パターン間の距離の３０％〜８０％であることを特徴とする請求項３に記載のヒータ。
【請求項５】
上記Ｕ字パターンは独立して加熱できるように独立した給電部をそれぞれ有し、同一円周上に隣り合うＵ字パターンの折り返し配線部の間の距離が、半径方向に隣り合うＵ字パターン間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載のヒータ。
【請求項６】
請求項１〜５のヒータにおける上記ゾーンが同心円環状に複数配列してなり、各ゾーンの給電部に電力を供給する給電端子を当接可能に構成したことを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項７】
上記中心側のゾーンの外径Ｄ１は、最外周のゾーンの外径Ｄの２３〜３３％であり、中心部のゾーンの外径Ｄ１の外側のゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４５〜３５％であり、中心側のゾーンの外径Ｄ１の外側のゾーンの内径Ｄ３は最外周のゾーンの外径Ｄの６３〜８３％であることを特徴とする請求項６に記載のウェハ加熱装置。
【請求項８】
上記中心側のゾーンとその外側のゾーンとの間に上記板状体を貫通する貫通孔を備えることを特徴とする請求項６〜７の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項９】
上記最外周の抵抗発熱体の幅が、その内側の他のゾーンの幅よりも小さいことを特徴とする請求項６〜８の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１０】
上記ゾーンを囲む外周円の面積に対し、上記外接円内に占める抵抗発熱体の面積の比率が５〜３０％であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にウェハを加熱する際に用いるヒータに関するものであり、例えば半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、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際に好適なヒータ及びウェハ加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためのヒータが用いられている。
【０００３】
このようなヒータとして、例えば特許文献１、特許文献２や特許文献３には、図５に示すようなウェハ加熱装置が提案されている。
【０００４】
このヒータ７１は、板状体７２、金属ケース７９、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状の金属ケース７９の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状体７２を樹脂製の断熱性の接続部材７４を介してボルト８０で固定され、その上面をウェハＷを載せる加熱面７３とするとともに、板状体７２の下面に、例えば図９に示すような同心円状の抵抗発熱体７５を備えるようになっていた。
【０００５】
さらに、抵抗発熱体７５の給電部には、給電端子７７がロウ付けされており、この給電端子７７が金属ケース７９の底部７９ａに形成されたリード線引出用の孔７６に挿通されたリード線７８と電気的に接続されるようになっていた。
【０００６】
ところで、このようなヒータ７１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、ウェハの温度分布を均一にすることが重要である。その為、これまでウェハの面内の温度差を小さくするため、抵抗発熱体７５を分割し独立して温度を制御することが行われている。
【０００７】
特許文献４には、温度制御しやすい抵抗発熱体ブロックを複数備えたヒータが開示されている。この抵抗発熱体は図６に示すように中心から放射状に４等分されたブロックを形成している。また、図７に示すように、外周部の抵抗発熱体は４つのブロックに分かれ、中心部の抵抗発熱体は円形のブロックに分かれたヒータが開示されている。
【０００８】
また、特許文献５には、図８に示すように、同一の矩形状の平面形状を備え、互いに独立にまたは複数個ずつ組み合わされて制御される８個の抵抗発熱体から構成され、その内４個の抵抗発熱体は、ウェハの周縁部を円周方向に４等分した円弧にそれぞれ対抗する位置に、矩形の長辺が前記円弧の中央を通るウェハの半径方向に対して垂直になる様に配置され、他の４個の抵抗発熱体は、前記４個の抵抗発熱体の内、円周方向で互いに１８０度離れた位置を占めるいずれかの２個の抵抗発熱体の中間に、それらに対して平行に並べて配置されたヒータが開示されている。
【０００９】
更に、特許文献６には、円形の板状体に複数の抵抗発熱体を備え、最外周の抵抗発熱体をサインカーブとした花柄形状や特許文献７や特許文献１１のように最外周の抵抗発熱体５０を矩形形状としたヒータ５００が開示されていた（図１０、（図１１、）図１２参照）。そしてこれらの給電部６０は抵抗発熱体に隣接して配置されていた。
【００１０】
また、特許文献１０には抵抗発熱体の帯のコーナ部を円弧状としたウェハ加熱装置が開示されていた。
【００１１】
また、特許文献１１には渦巻き状の抵抗発熱体に接続した給電部間の中心角を位置を小さくしたヒータが開示されていた。
【００１２】
しかし、いずれも非常に複雑で微妙な構造、制御が必要になるという課題があり、簡単な構造で温度分布を更に均一に加熱できるようなヒータが求められていた。
【特許文献１】特開２００１−２０３１５６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１３２４９号公報
【特許文献３】特開２００２−７６１０２号公報
【特許文献４】特開平１１−１２１３８５号公報
【特許文献５】特開平１１−３５４５２８号公報
【特許文献６】特開２００１−６８５２号公報
【特許文献７】特開２００１−２２３２５７号公報
【特許文献８】特開２００１−２６７０４３号公報
【特許文献９】特開平１１−１９１５３５号公報
【特許文献１０】特開２００２−２３１７９３号公報
【特許文献１１】特開２００１−２５７２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年生産効率の向上の為、ウェハサイズの大型化が進んでいるが、半導体素子自体も多様化し、必ずしも大判ウェハで製造することが生産効率の向上にはつながらず、ひとつの装置で、多種多様のウェハサイズや熱処理条件に対応可能な装置が望まれている。
【００１４】
更に、半導体素子の配線微細化に伴い使用され始めた化学増幅型レジストにおいては、ウェハの温度の均一性は勿論のこと、ウェハを熱処理装置に載置した瞬間から離脱し熱処理を終了させるまでの過渡的な温度履歴も極めて重要となり、ウェハ載置直後から概ね６０秒以内にウェハの温度が均一に安定することが望まれている。
【００１５】
しかしながら、特許文献３や特許文献５に紹介されている装置では、板状体の抵抗発熱体が形成された領域に相当する表面領域の内側に、半導体ウェハを直接或いは表面から一定の距離離間させて載置する領域が存在するウェハ加熱装置が示されているが、ウェハの面内の温度差は０．５〜１℃と大きく、しかも板状体の外周の低温領域の影響が大きく温度が安定するまでの応答時間が大きくなる虞があった。
【００１６】
また、特許文献４に記載のウェハ加熱装置では図６に示したゾーンでは、ウェハＷの周辺部と中心部の温度差を調整することができない虞があり、図７に示すゾーンでは外周部と中心部の温度差を調整できてもその中間部の温度を調整できない虞があった。
【００１７】
更に、何れも金属製のヒータであり、ウェハＷを均一に加熱したり、ウェハＷを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなる虞があった。
【００１８】
また、特許文献８に記載のウェハ加熱装置は、板状体の周辺部の放熱による温度低下を補い最外周の抵抗発熱体を加熱しても、抵抗発熱体や板状体の周辺の装置配置による左右前後のバランスを調整することができないことから、ウェハＷ面内の温度差を０．５℃以内に収めることは困難を極めた。
【００１９】
また、特許文献６や特許文献７に記載の抵抗発熱体は最外周の抵抗発熱体の発熱密度を高めるこのができても、その内側において、抵抗発熱体の左右のバランスを調整できないことからウェハＷの面内温度差を小さくすることができないとの問題があった。
【００２０】
また、特許文献１１のように渦巻き状の抵抗発熱体では給電部の配置による温度バラツキが大きく、ウェハを均一に加熱できないとの課題があった。
【００２１】
また、特許文献７のように複数の抵抗発熱体を備え、各抵抗発熱体の間に配置した測温素子で個々の抵抗発熱体の温度を制御してもウェハを均一に過熱できないとの課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、本発明のヒータは、板状体の一方の主面を被加熱物の加熱面とし、その内部または他方の主面に上記加熱面に対向する環状のゾーン内を引き回して形成された帯状の抵抗発熱体、上記板状体若しくは上記被加熱物の温度を測定する測温素子及び上記抵抗発熱体を加熱する給電部とを配設してなるヒータにおいて、上記測温素子が上記ゾーン内に、上記給電部が上記ゾーン以外にそれぞれ配置して成ることを特徴とする。
【００２３】
上記抵抗発熱体は複数の弧状配線部と折り返し配線部によるＵ字パターンにより引き回されていることを特徴とする。
【００２４】
上記Ｕ字パターンの複数を同心円環状に配列し、同一円上に配列した一対のＵ字パターンの折り返し配線部間の距離が径方向に隣り合う各Ｕ字パターン間の距離よりも短くしたことを特徴とする。
【００２５】
上記複数のＵ字パターンのうち同一円上に配列した一対のＵ字パターンの折り返し配線部間の距離が、径方向に隣り合う各Ｕ字パターン間の距離の３０％〜８０％であることを特徴とする。
【００２６】
上記Ｕ字パターンは独立して加熱できるように独立した給電部をそれぞれ有し、同一円周上に隣り合うＵ字パターンの折り返し配線部の間の距離が、半径方向に隣り合うＵ字パターン間の距離よりも小さいことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記ヒータにおけるゾーンが同心円環状に複数配列してなり、各ゾーンの給電部に電力を供給する給電端子を当接可能に構成したことを特徴とする。
【００２８】
上記中心側のゾーンの外径Ｄ１は、最外周のゾーンの外径Ｄの２３〜３３％であり、中心部のゾーンの外径Ｄ１の外側のゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４５〜３５％であり、中心側のゾーンの外径Ｄ１の外側のゾーンの内径Ｄ３は最外周のゾーンの外径Ｄの６３〜８３％であることを特徴とする。
【００２９】
上記中心側のゾーンとその外側のゾーンとの間に上記板状体を貫通する貫通孔を備えることを特徴とする。
【００３０】
上記最外周の抵抗発熱体の幅が、その内側の他のゾーンの幅よりも小さいことを特徴とする。
【００３１】
上記ゾーンを囲む外周円の面積に対し、上記外接円内に占める抵抗発熱体の面積の比率が５〜３０％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように、本発明によれば、上記測温素子がゾーン内に、上記給電部がゾーン以外にそれぞれ配置しているので、給電部に接続される端子電極から熱を奪われることなく、しかも、ウェハ面内の温度を正確に制御することができるのでウェハ面内の温度差が小さく温度応答特性の優れたヒータ及びウェハ加熱装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
図１は本発明に係るヒータ１の１例を示す断面図で、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スからなる板状体２の一方の主面を被加熱物である半導体ウェハＷを載せる加熱面３とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、該抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を具備し、給電部６に給電端子１１が接続している。これらの給電部６を囲む金属ケース１９が接続部材１７を介して板状体２の他方の主面の周辺部に固定されている。
【００３５】
また、ウェハリフトピン２５は板状体２を貫通する孔を通してウェハＷを上下に移動させウェハＷを加熱面３に載せたり降ろしたりすることができる。そして、給電部６に給電端子１１が接続し外部から電力が供給され、測温素子２７で板状体２の温度を測定しながらウェハＷを加熱することができる。
【００３６】
尚、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８により加熱面３から浮かした状態で保持され、ウェハＷの片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。また、抵抗発熱体５を複数のゾーンに分割する場合、それぞれのゾーンの温度を独立に制御することにより、各給電部６の給電端子１１に電力を供給し、各測温素子２７の温度が各設定値となるように給電端子１１に加える電力を調整し、加熱面３に載せたウェハＷの表面温度が均一となるようにしている。
【００３７】
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１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【００３８】
本発明のヒータであるウェハ加熱装置１は、板状体２の一方の主面を被加熱物を加熱する加熱面３とし、その内部または他方の主面に帯状の抵抗発熱体５と、上記板状体２または上記被加熱物の温度を測定する測温素子２７とを配設し、上記帯状の抵抗発熱体５の帯は略同一の幅を有し、加熱面３に対向する環状のゾーン内を引き回して形成されている。また、ゾーン内には抵抗発熱体５が複数の弧状配線部と折り返し配線部によるＵ字パターンにより引き回されている。さらに、Ｕ字パターンは連続させて略同心円環状に配設されている。また、抵抗発熱体５の両端に給電部６を備え、給電部６がゾーンの外にあり、測温素子２７がゾーンの内とすることにより、被加熱物であるウェハＷの面内の定常時の温度差を小さく、また、過渡時においてウェハ面内の温度差を小さくすることができる。
【００３９】
図２は抵抗発熱体５と給電部６と測温素子２７との配設位置を示す。抵抗発熱体５の帯は略同一の幅を有する弧状配線部５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｍ、５ｎ、５ｏ、５ｐと折り返し配線部５ｑ、５ｒ、５ｓ、５ｔ、５ｕ、５ｖから構成されていると定常時や過渡時のウェハ面内の温度差を小さくすることができる。また抵抗発熱体５は円Ｃ１と円Ｃ２の間の円環の中に一様に配設されていることが好ましい。このように配設することで、半導体ウェハ等の被加熱物を均一に加熱することができる。特に、円形のウェハはヒータもそれに合わせて円形に形成され、中心対称な処理容器に設置されて成膜処理や乾燥処理等がなされる。このよな処理装置においては処理容器の内壁から均一に熱が奪われ、ウェハ面内において均一に加熱することが重要であり、ウェハに対し中心対称に加熱するとウェハ面内の温度差を小さくすることができる。そこで、ウェハに対応した加熱面３に対し中心対称に精度良く加熱する抵抗発熱体５が好ましく、その点から弧状配線部５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｍ、５ｎ、５ｏ、５ｐと折り返し配線部５ｑ、５ｒ、５ｓ、５ｔ、５ｕ、５ｖで構成されていると均一にウェハを加熱できる。そしてこの抵抗発熱体５に電力を供給する給電部６は給電端子１１と接続する必要があり確実な接続を要することから発熱部として作用しないように電気抵抗の小さな組成で帯の幅より大きくして抵抗値を小さく抑えて発熱量を低下させることで抵抗発熱体５と確実に接続することができる。そして、板状体２の加熱面３に中心対称に加熱するには給電部６は上記円環の外に隣接することでウェハの面内温度差を小さくすることができる。また、上記円環の内に測温素子２７を配設することで抵抗発熱体５による載置面３の加熱温度を正確に捉えることができ、ウェハＷの温度を測定時間の遅れや測温誤差を小さくすることができる。尚、給電部６と抵抗発熱体５の端部の接続は抵抗発熱体５より抵抗値の小さな幅広のリードで接続していることが好ましい。給電部６は給電端子１１とロウ付けしたり、押圧接触させたりして接続することが好ましい。そして給電部６は、抵抗発熱体５の帯の幅より大きい円形や多角形とすることが給電端子１１と接続する上で好ましい。尚、特許文献１１に記載のヒータは測温素子が独立した矩形の抵抗発熱体の間に配設されており独立した抵抗発熱体の温度を正確に制御することが困難であり、ウェハ面内の温度差を小さくすることができない点から本発明とはその思想が全く異なるものである。
【００４０】
また、本発明のヒータ１は、板状体２の内部または主面に形成された帯状の抵抗発熱体５の形が、図２に示すようにほぼ同一線幅を有する弧状配線部５ｉ〜５ｐと折り返し配線部５ｑ〜５ｖとを連続させて略同心円状に構成してある。即ち、抵抗発熱体５はほぼ等間隔で略同心円を構成するように配置した半径の異なる弧状配線部５ｉ〜５ｐと、半径方向に隣り合う弧状配線部５ｉ〜５ｐ同士を接続して直列回路を形成する折り返し配線部５ｑ〜５ｖとからなり、弧状配線部５ｉ，５ｊの端部を給電部６としてある。その為、弧状配線部５ｉと弧状配線部５ｊ、弧状配線部５ｋと弧状配線部５ｍ、弧状配線部５ｎと弧状配線部５ｏ、及び弧状配線部５ｐがそれぞれＵ字パターンを構成するように配置され、各Ｕ字パターンが同心円環状に配置されていることから、抵抗発熱体５を発熱させれば、加熱面３の温度分布を中心から周縁部に向かって同心円状に分布させることができる。
【００４１】
そして、図２の外接円Ｃ２と内接円Ｃ１の間の円環状に抵抗発熱体５が配設され、給電部６は上記円環の外に備えることでウェハ面内の温度差を小さく抑えることができる。この図２では給電部６を内側に配置したが外側に配置しても同様の効果が得られることは述べるまでもない。
【００４２】
また、半径方向に隣り合うＵ字パターン中の弧状配線部５ｉ，５ｊと弧状配線部５ｋ，５ｍ、弧状配線部５ｋ，５ｍと弧状配線部５ｎ，５ｏ、弧状配線部５ｎ，５ｏと弧状配線部５ｐとの距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６をそれぞれほぼ等間隔に配置してあることから、各弧状配線部５ｉ〜５ｐにおける単位体積当たりの発熱量を等しくすることができるため、加熱面３における半径方向の発熱ムラを抑えることができる。
【００４３】
さらに、同一円周上に位置するＵ字パターン中の一対の折り返し配線部５ｑと折り返し配線部５ｒ、折り返し弧状配線部５ｓと折り返し配線部５ｔ、折り返し配線部５ｕと折り返し配線部５ｖとの各距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、半径方向に隣り合う円弧状パターン５ｉ〜５ｐ間の各距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６に対応して小さくすることが重要である。
【００４４】
即ち、加熱面３の均熱性を高めるためには、弧状配線部５ｉ〜５ｐだけでなく、折り返し配線部５ｑ〜５ｖにおける単位体積当たりの発熱量も等しくする必要があり、通常同一円周上に位置する一対の折り返し配線部５ｑ〜５ｖ間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ は、半径方向に隣り合う弧状配線部５ｉ〜５ｐ間の距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６と同じ距離となるように設計されるが、このようなパターン形状では弧状配線部５ｉ〜５ｐと折り返し配線部５ｑ〜５ｖとの折り返し部Ｐ５の周辺の発熱密度が小さくなるために、折り返し部Ｐ５の外側の温度が低下し、ウェハＷの面内温度差が大きくなり均熱性が損なわれることになる。これに対し、本発明は同一円周上に位置する一対の折り返し配線部５ｑ〜５ｖ間の各距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ を、半径方向に隣り合う弧状配線部５ｉ〜５ｐ間の各対応する距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６より小さくしてあることから、折り返し部Ｐ５の発熱量が相対する折り返し配線部５ｑ〜５ｖからの発熱で補われ、折り返し部Ｐ５での温度低下を抑えることができるため、加熱面３に載せたウェハＷの面内温度差を小さくすることができ、均熱性を高めることができる。
【００４５】
特に、円周上に位置する一対の折り返し配線部５ｑ〜５ｖ間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を、半径方向に隣り合う弧状配線部５ｉ〜５ｐ間の各対応する距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の３０％〜８０％とすれば、加熱面３における均熱性を最も高めることができる。更に好ましくはＬ１、Ｌ２、Ｌ３の夫々は対応するＬ４、Ｌ５、Ｌ６の４０〜６０％であると良い。
【００４６】
また、本発明の抵抗発熱体５は弧状配線部５ｉ〜５ｐと折り返し配線部５ｑ〜５ｖからなるＵ字パターンとすることで、従来の矩形の折り返し抵抗発熱体と比べエッジ部に過度の応力が働く虞が少なく、ウェハ加熱装置１を急激に温度上昇や低下しても板状体２や抵抗発熱体５が破損する虞が小さくなり信頼性の高いウェハ加熱装置１を提供できる。
【００４７】
また、上記の抵抗発熱体５は板状体に埋設された場合には効果が大きいとともに、板状体２の他方の主面に帯状の抵抗発熱体５を配設した場合にも同様の効果がある。特に、他方の主面に帯状の抵抗発熱体５が形成された場合にはその抵抗発熱体５の上にオーバコートした絶縁膜を形成した場合に板状体２や抵抗発熱体５が破損することを防止する効果が大きく好ましい。
【００４８】
また、上記抵抗発熱体５は、同心円環状に独立して加熱できる複数のＵ字パターンからなり、同心円環状の最外周の抵抗発熱体の帯とその内側の帯との間隔が、前記最外周の独立した抵抗発熱体を除く抵抗発熱体の同心円状の帯の間隔より小さいことが好ましい。このように抵抗発熱体５を形成することで、板状体２の外周部からより多く放散される熱の補充が容易となり、ウェハＷ面の周辺の温度低下を防止できることからより好ましい。
【００４９】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、ウェハＷの加熱面３に対応して同心円の３つの円環状のゾーン４に分割することがより好ましい。円板状のウェハＷの表面を均一に加熱するにはウェハＷ周辺の雰囲気やウェハＷに対抗する壁面やガスの流れの影響を受けるが、円板状のウェハＷの表面温度をばらつかせないために、ウェハＷの周囲や上面の対抗面や雰囲気ガスの流れはウェハＷに対し中心対称となるように設計されているからである。ウェハＷを均一に加熱するにはウェハＷに対し中心対称な上記環境に合わせたウェハ加熱装置１が必要で、加熱面３を中心対称に分割しゾーン４を形成することが好ましい。
【００５０】
特に、３００ｍｍ以上のウェハＷの表面温度を均一に加熱するには同心円の円環状のゾーンは３つであることが好ましい。
【００５１】
図３（ａ）は本発明のゾーン４の一例を示す。ゾーン４は、板状体２の一方の主面に複数のゾーン４を備え、中心部に円形のゾーン４ａと、その外側の同心円の３つの円環内にゾーン４ｂ、４ｃｄと、ゾーン４ｅｈとを備える。ウェハＷの均熱性を改善するため、抵抗発熱体５を４個のゾーンに対応して分割している。
【００５２】
また、本発明の前記ウェハ加熱装置１の中心部のゾーン４ａの外径Ｄ１は外周部のゾーン４ｅｈの外径Ｄの２３〜３３％であり、その外側のゾーン４ｂｃの外径Ｄ２は外周部のゾーンの外径Ｄの４５〜５５％であり、最外周のゾーンの内径Ｄ３は最外周のゾーンの外径Ｄの６３〜８３％とするとウェハＷの面内温度差を小さくすることができ好ましい。
【００５３】
尚、外周部のゾーン４ｅｈの外径Ｄとは、板状体２の他方の主面に平行な投影面でみて、前記ゾーン４ｅｈを構成する抵抗発熱体５ｅｈを囲む外接円の直径である。また、同様に、ゾーン４ｂの外径Ｄ２とは、前記ゾーン４ｂを構成する抵抗発熱体５ｂに外接する円の直径である。また、Ｄ３は、抵抗発熱体５ｃｄに内接する円の直径である。尚、外接円は給電部６に接続する抵抗発熱体５との接続部６ａを除き同心円状の円弧に沿って求めることができる。
【００５４】
外径Ｄ１がＤの２３％未満では中心部のゾーン４ａの外径が小さ過ぎることからゾーン４ａの発熱量を大きくしても、ゾーン４ａの中心部の温度が上がらず中心部の温度が低下する虞があるからである。また、外径Ｄ１が３３％を越えると中心部のゾーン４ａの外径が大き過ぎることから、中心部の温度を上げた際にゾーン４ａの周辺部の温度も上がり、ゾーン４ａの周辺部の温度が高くなり過ぎる虞があるからである。尚、好ましくは、外径Ｄ１はＤの２５〜３０％であり、更に好ましくは、外径Ｄ１はＤの２６〜２９％とすることでウェハＷの面内温度差を更に小さくすることができる。
【００５５】
また、外径Ｄ２が外径Ｄの４５％未満では、ウェハ加熱装置１の周辺部が冷却され易いことから、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうとゾーン４ｃｄの発熱量を増大した際に、ウェハＷの中心に近いゾーン４ｃｄの内側の温度が高くなり、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があった。また、外径Ｄ２が外径Ｄの５５％を越えると、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうとゾーン４ｃｄの発熱量を大きくしても、ゾーン４ｃｄの温度は上がるが、ウェハＷ周辺の温度の低下の影響がゾーン４ｂに達し、ゾーン４ｂの外側の温度が低くなる虞があった。好ましくは、外径Ｄ２が外径Ｄの４７％〜５３％であり、更に好ましくは４８〜５１％とするとウェハＷの面内温度差は更に小さくできた。
【００５６】
また、外径Ｄ３が外径Ｄの６３％未満では、ウェハ加熱装置１の周辺部が冷却され易いことから、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうとゾーン４ｅｈの発熱量を増大した際に、ウェハＷの中心に近いゾーン４ｅｈの内側の温度が高くなり、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があった。また、外径Ｄ３が外径Ｄの８３％を越えると、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうとゾーン４ｅｈの発熱量を大きくしても、ゾーン４ｅｈの温度は上がるが、ウェハＷ周辺の温度の低下の影響がゾーン４ｃｄに達し、ゾーン４ｃｄの外側の温度が低くなる虞があった。好ましくは、外径Ｄ３が外径Ｄの６８％〜７８％であり、更に好ましくは７１〜７５％とするとウェハＷの面内温度差は更に小さくできた。
【００５７】
また、上記のように複数の円環状に配設された抵抗発熱体５からなるウェハ加熱装置１において、周囲の環境から生じる左右前後の微妙な非対称性や、帯状の抵抗発熱体の製法上からの制約から例えばスクリーン印刷では大型の抵抗発熱体を印刷すると左右の厚みバラツキが大きくなる虞があった。このような使用環境や製法上の制約から更に上記の環状のゾーンを分割するとウェハの面内温度差がより小さくなり好ましいことが分かった。
【００５８】
図３（ｂ）は、本発明のウェハ加熱装置１の円環状のゾーン４を細分したゾーンの１例を示す。４つの円環状のゾーン４ａ、４ｂ、４ｃｄ、４ｅｈのうち、内側のゾーン４ａ、４ｂは、円環からなるゾーン４ａ、４ｂであり、その外側のゾーン４ｃｄは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状のゾーン４ｃ、４ｄであり、その外側のゾーン４ｅｈは、円環を円周方向に４等分した４個の扇状のゾーン４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈからなっていることがウェハＷの表面温度を均一にする上で好ましい。
【００５９】
上記ウェハ加熱装置１の各ゾーン４ｃ〜４ｇは独立して発熱でき、各ゾーン４ｃ〜４ｇに対応して独立した抵抗発熱体５ｃ〜５ｇを備えていることが好ましい。
【００６０】
また、ゾーン４ａとゾーン４ｂはウェハ加熱装置１の外部環境でもある設置場所が頻繁に変更がなければ並列または直列に接続し一つの回路として制御することもできる。このような構成とするのは、ゾーン４ａと４ｂの間に所定の間隔を設定できることから、ウェハＷを持ち上げるリフトピンが貫通する貫通孔２６を設置することができるからである。
【００６１】
尚、円環状のゾーン４ｃｄ、４ｅｈはそれぞれ放射方向に２分割、４分割したが、これに限るものではない。
【００６２】
図３（ｂ）のゾーン４ｃ、４ｄの境界線は直線であるが、必ずしも直線である必要はなく、波線であっても良く、ゾーン４ｃ、４ｄが同心円の発熱体ゾーンの中心に対して中心対称であることが好ましい。
【００６３】
同様に、ゾーンの４ｅと４ｆ、４ｆと４ｇ、４ｇと４ｈ、４ｈと４ｅとのそれぞれの境界線も必ずしも直線である必要はなく、波線で有っても良く、同心円の発熱体ゾーンの中心に対して中心対称であることが好ましい。
【００６４】
以上、ゾーン４の外形サイズについて詳説したが、本発明のゾーン４の最大の特徴は、各円環の間に抵抗発熱体５の存在しない空白域を円環状に設けることができることが特徴である。このように空白域をとることで大きな給電部６を空白域に形成することが可能となり、この給電部６による温度バラツキの発生を防止することが可能性であることが特徴である。そして中心のゾーン４ａの中心側の直径Ｄ１１は、直径Ｄの１０〜２０％とすることができることから直径Ｄ１１の範囲に例えば支持ピン８を設けることができ、支持ピン８によるウェハ面内の温度低下等を防止できる。
【００６５】
また、中心から２つ目の円環４ｂの内径Ｄ２２は直径Ｄの３０〜３５％とすることができるこのように設定することで円環４ａと４ｂの間に直径の５％程度の円環状の抵抗空白域を設けることができることからこの領域にリフトピン２５等を配設してもウェハ面内の温度低下等を最小限に防止することができる。
【００６６】
また、ゾーン４ｃｄの内径Ｄ３３は、直径Ｄの５５〜６５％に設定することができ、ゾーン４ｂと４ｃｄの間に直径の５％程の抵抗発熱体空白域を環状に設けることができる。この環状域に各抵抗発熱体へ給電する給電部６を設けることができる。
【００６７】
更に、ゾーン４ｅｈの内径Ｄ０は、直径Ｄの８２〜９３％とすることが可能である。従って、ゾーン４ｅｈと４ｃｄの間に直径の５〜１０％程度の幅の抵抗空白域を円環状に設けることが可能性である。この円環状の空白域にウェハ支持ピン８や給電部６を設けることでウェハ面内の温度バラツキを大きくすることなくウェハＷを加熱することが容易となる。
【００６８】
上記の各抵抗発熱体５を印刷法等で作製し、抵抗発熱体５の帯は１〜５ｍｍの巾で厚みが５〜５０μｍで形成することが好ましい。一度に印刷する印刷面が大きくなると印刷面の左右や前後でスキージとスクリーンとの間の圧力の違いから印刷厚みが一定とならない虞が生じる。特に、抵抗発熱体５の大きさが大きくなると、抵抗発熱体５の左右前後の厚みが異なり設計した発熱量がバラツク虞があった。発熱量がバラツクとウェハＷの面内温度差が大きくなり好ましくない。この抵抗発熱体の厚みのバラツキから生じる温度バラツキを防ぐには、一つの抵抗発熱体からなる外径の大きな個々の抵抗発熱体５を分割することが有効である事が判明した。
【００６９】
そこで、ウェハＷ加熱面３の中心部を除く同心円環状のゾーン４ｃｄは左右に２分割し、更に大きな円環状のゾーン４ｅｈは４分割することでゾーン４にある抵抗発熱体５の印刷する大きさを小さくすることができることから、抵抗発熱体５の各部の厚みを均一にすることができ、更にウェハＷの前後左右の微妙な温度差を補正しウェハＷの表面温度を均一にすることができる。また、更に各抵抗発熱体５の帯の抵抗値を微調整するためには、抵抗発熱体の沿って、レーザ等で長溝を形成し抵抗値を調整することもできる。
【００７０】
尚、図４に示す抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈのパターンは夫々折り返しパターンからなる。
【００７１】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、板状体２の一方の主面に抵抗発熱体５を備えたウェハ加熱装置１であって、図４に示すように板状体２の外周部に位置する前記抵抗発熱体５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈは板状体２の中心から遠い部位は同心円状をした弧状配線部５１とこれらと連続して繋がっている連結パターンである小弧状配線部５２からなることが好ましい。前記抵抗発熱体５に電力を供給する給電部６と、該給電部６を囲む金属ケース１９とからなり、前記板状体２の他方の主面にウェハ加熱面を備え、他方の主面に平行な投影面でみて、前記抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが前記板状体２の直径ＤＰの９０〜９７％であることが好ましい。
【００７２】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状体２の直径ＤＰの９０％より小さいと、ウェハを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなりウェハＷの温度応答特性が劣る。また、ウェハＷの周辺部の温度を下げないようウェハＷの表面温度を均一に加熱するには、直径Ｄは被加熱物であるウェハＷの直径の１．０２倍程度が好ましいことから、ウェハＷの大きさに対して板状体２の直径ＤＰが大きくなり、均一に加熱できるウェハＷの大きさが板状体２の直径ＤＰに比較して小さくなり、ウェハＷを加熱する投入電力に対しウェハＷを加熱する加熱効率が悪くなる。更に、板状体２が大きくなることからウェハ製造装置の設置面積が大きくなり、最小の設置面積で最大の生産を行う必要がある半導体製造装置の設置面積に対する稼働率を低下させ好ましくない。
【００７３】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状体２の直径ＤＰの９７％より大きいと接触部材１７と抵抗発熱体５の外周との間隔が小さく抵抗発熱体５の外周部から熱が接触部材１７に不均一に流れ、特に、外周部の外接円Ｃに接する円弧状パターン５１が存在しない部分からも熱が流れ、外周部の円弧状パターン５１が板状体２の中心部へ曲がっていることから抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに沿って円弧状パターン５１が欠落する部分Ｐの温度が低下しウェハＷの面内温度差を大きくする虞がある。より好ましくは、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状体２の直径ＤＰの９２〜９５％である。
【００７４】
また、図１に示す様に板状体２と金属ケース１９の外径が略同等で板状体２を下から金属ケース１９が支える場合、ウェハＷの面内の温度差を小さくするには、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状体２の直径ＤＰの９１〜９５％であり、更に好ましくは９２〜９４％である。
【００７５】
更に、本発明のウェハ加熱装置１において、例えば図４の抵抗発熱体５の外接円Ｃと接する円弧状パターン５１と、該弧状配線部５１と連続して繋がった連結パターンである小弧状配線部５２とを備え、前記外接円Ｃの一部に前記円弧状のパターンのない空白域Ｐの間隔Ｌ１が、前記板状体の直径ＤＰと前記外接円Ｃの直径Ｄとの差（以下、ＬＬと略する）より小さいことが好ましい。間隔Ｌ１がＬＬより大きいと空白域Ｐの熱が板状体の周辺部へ流れ空白域Ｐの温度が下がる虞がある。しかし、間隔Ｌ１がＬＬより小さいと空白域Ｐの温度が下がり難く板状体２の加熱面３に載せたウェハＷの周辺部の一部の温度が低下せずウェハＷ面内の温度差が小さくなり好ましい。
【００７６】
上記空白域Ｐの温度を下げないためには、空白域の温度を上げる必要があり、空白域を加熱する連結パターン５２の抵抗を同等か或いは僅かに大きくして発熱量を増大すると、空白域Ｐの温度が下がる虞が小さくなり、ウェハＷの面内温度が均一となり好ましい。印刷法等で作成した抵抗発熱体５が面状の場合、円弧状パターン５１の線巾Ｗｐより連結パターンである小弧状配線部５２の線巾Ｗｓを１〜５％小さくすることで連結パターン５２の抵抗を大きくすることができ、連結パターンである小弧状配線部５２の温度を円弧状パターン５１の温度より高めることでウェハＷの面内温度を均一とすることができる。
【００７７】
また、板厚が１〜７ｍｍの板状体２の一方の主面側を、ウェハを載せる加熱面３とするとともに、上記板状体２の下面に抵抗発熱体５を備えたウェハ加熱装置１において、上記抵抗発熱体５の厚みが５〜５０μｍであるとともに、上記板状体２の主面に平行な投影面で見て、上記抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、上記外接円Ｃに占める抵抗発熱体５の面積の比率が５〜３０％であることが好ましい。
【００７８】
即ち、抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率を５％未満とすると、抵抗発熱体５の相対向する対向領域において、対向領域の対向間隔でもあるＬ１、Ｌ２、・・・が大きくなり過ぎることから、抵抗発熱体５のない間隔Ｌ１に対応した加熱面３の表面温度が他の部分と比較して小さくなり、加熱面３の温度を均一にすることが難しいからであり、逆に抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率が３０％を超えると、板状体２と抵抗発熱体５との間の熱膨張差を２．０×１０−６／℃以下に近似させたとしても、両者の間に作用する熱応力が大きすぎることから、板状体２は変形し難いセラミック焼結体がヤング率が大きく好ましいものの、その板厚ｔが１ｍｍ〜７ｍｍと薄いこと、から抵抗発熱体５を発熱させると、加熱面３側が凹となるように板状体２に反りが発生する虞がある。その結果、ウェハＷの中心部の温度が周縁よりも小さくなり、温度バラツキが大きくなる虞がある。
【００７９】
なお、好ましくは、抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率を７％〜２０％、さらには８％〜１５％とすることが好ましい。
【００８０】
より具体的には、抵抗発熱体５は外周部に相対抗する対抗領域を有し、上記対抗領域の間隔Ｌ１が０．５ｍｍ以上で、上記板状体２の板厚の３倍以下であることが好ましい。上記対抗領域の間隔Ｌ１が０．５ｍｍ以下では抵抗発熱体５を印刷し形成する際に抵抗発熱体５の対抗領域でひげ状の突起が発生しその部分が短絡する虞がある。また、上記対抗領域の間隔Ｌ１が板状体２の厚みの３倍を越えると、対抗領域Ｌ１に対応するウェハＷの表面にクールゾーンが発生しウェハＷの面内温度差を大きくする虞があるからである。
【００８１】
さらに、このような効果を効率良く発現させるには、抵抗発熱体５の膜厚を５〜５０μｍとすることが好ましい。
【００８２】
抵抗発熱体５の膜厚が５μｍを下回ると、抵抗発熱体５をスクリーン印刷法で膜厚を均一に印刷することが困難となるからであり、また、抵抗発熱体５の厚みが５０μｍを越えると、外接円ｃに対し、抵抗発熱体５の占める面積の比率を３０％以下としても抵抗発熱体５の厚みが大きく、抵抗発熱体５の剛性が大きくなり、板状体５の温度変化により抵抗発熱体５の伸び縮みによる影響で板状体２が変形する虞がある。また、スクリーン印刷で均一の厚みに印刷することが難しくウェハＷの表面の温度差が大きくなったりする虞があるからである。なお、好ましい抵抗発熱体５の厚みは１０〜３０μｍとすることが良い。
【００８３】
更に詳細な構成について説明する。
【００８４】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置の一例を示す断面図で、板厚ｔが１〜７ｍｍ、１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状体２の一方の主面を、ウェハＷを載せる加熱面３とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、この抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を備えたものである。
【００８５】
１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状体２の材質としては、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いることができ、この中でも特に窒化アルミニウムは５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらには１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有するとともに、フッ素系や塩素系等の腐食性ガスに対する耐蝕性や耐プレズマ性にも優れることから、板状体２の材質として好適である。
【００８６】
板状体２の厚みは、２〜５ｍｍとすると更に好ましい。板状体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状体２の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ガス噴射口２４らの冷却エアーを吹き付けた際に、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虞があるからである。また、板状体２の厚みが５ｍｍ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る虞がある。
【００８７】
板状体２は、有底の金属ケース１９開口部の外周にボルト１６を貫通させ、板状体２と有底の金属ケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、有底の金属ケース１９側より弾性体１８を介在させてナット２０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、板状体２の温度が変動した場合に有底の金属ケース１９が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより板状体２の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状体２の反りに起因する温度ばらつきが発生することを防止できるようになる。
【００８８】
リング状の接触部材１７の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状体２と接触部材１７が平面で接触する場合において、板状体２と接触部材１７の接する接触部の巾は０．１ｍｍ〜１３ｍｍであれば、板状体２の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れ量を小さくすることをができる。そして、ウェハＷの面内の温度差が小さくウェハＷを均一に加熱することができる。更に好ましくは０．１〜８ｍｍである。接触部材１７の接触部の巾が０．１ｍｍ以下では、板状体２と接触固定した際に接触部が変形し、接触部材が破損する虞がある。また、接触部材１７の接触部の巾が１３ｍｍを越える場合には、板状体２の熱が接触部材に流れ、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。好ましくは接触部材１７と板状体２の接触部の巾は０．１ｍｍ〜８ｍｍであり、更に好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【００８９】
また、接触部材１７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。接触部材１７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、接触部材１７との熱の伝達量が小さく有底の金属ケース１９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。
【００９０】
接触部材１７の熱伝導率が板状体２の熱伝導率の１０％より小さいウェハ加熱装置１では、板状体２の熱が有底の金属ケース１９に流れ難く、板状体２から有底の金属ケース１９に熱が、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。
【００９１】
接触部材１７の熱伝導率が板状体２の熱伝導率より大きい場合には、板状体２の周辺部の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れ、有底の金属ケース１９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、有底の金属ケース１９が加熱されることからガス噴射口２４からエアを噴射し板状体２を冷却しようとしても有底の金属ケース１９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虞があった。
【００９２】
一方、前記接触部材１７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、接触部材のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましく、更に好ましくは１０ＧＰａ以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の巾が０．１ｍｍ〜８ｍｍと小さく、板状体２を有底の金属ケース１９に接触部材１７を介してボルト１６で固定しても、接触部材１７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。
【００９３】
尚、特許文献２に記載のような、フッ素系樹脂やガラス繊維を添加した樹脂からなる接触部材では得られない精度を達成することができる。
【００９４】
前記接触部材１７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金属がヤング率が大きく好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、ステンレス鋼やＦｅ―Ｎｉ−Ｃｏ系合金の所謂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接触部材１７の材料を選択することが好ましい。
【００９５】
更に、接触部材１７と板状体２との接触部を小さく、且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虞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接触部材１７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接触部材１７として使用すると板状体２と有底の金属ケース１９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。
【００９６】
次に、有底の金属ケース１９は側壁部２２と底面２１を有し、板状体２はその有底の金属ケース１９の開口部を覆うように設置してある。また、有底の金属ケース１９には冷却ガスを排出するための孔２３が施されており、板状体２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６に導通するための給電端子１１，板状体２を冷却するためのガス噴射口２４、板状体２の温度を測定するための熱電対２７を設置してある。
【００９７】
なお、有底の金属ケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。更に好ましくは２０〜３０ｍｍである。これは、板状体２と有底の金属ケース１９相互の輻射熱により加熱面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、加熱面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。
【００９８】
そして、有底の金属ケース１９内に昇降自在に設置されたリフトピン２５により、ウェハＷを加熱面３上に載せたり加熱面３より持ち上げたりといった作業がなされる。そして、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８により加熱面３から浮かした状態で保持され、片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。
【００９９】
また、このウェハ加熱装置１によりウェハＷを加熱するには、搬送アーム（不図示）にて加熱面３の上方まで運ばれたウェハＷをリフトピン２５にて支持したあと、リフトピン２５を降下させてウェハＷを加熱面３上に載せる。
【０１００】
次に、ウェハ加熱装置１をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状体２の主成分を炭化珪素にすると、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、ウェハ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。この際、焼結助剤に水と反応してアンモニアやアミンを形成する可能性のある窒化物を含まないようにすることが必要である。
【０１０１】
なお、板状体２を形成する炭化珪素質焼結体は、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）を添加したり、もしくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）イットリア（Ｙ２Ｏ３）のような金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工したのち、１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。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。
【０１０２】
一方、炭化珪素質焼結体を板状体２として使用する場合、半導電性を有する板状体２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層としては、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４００μｍを越えると、板状体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として機能しなくなる。その為、絶縁層としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは１００〜４００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲とすることが良い。
【０１０３】
さらに、板状体２の加熱面３と反対側の主面は、ガラスや樹脂からなる絶縁層４との密着性を高める観点から、平面度２０μｍ以下、面粗さを中心線平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜０．５μｍに研磨しておくことが好ましい。
【０１０４】
また、板状体２を、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体で形成する場合は、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。板状体２に対する抵抗発熱体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層を形成することもある。ただし、抵抗発熱体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。
【０１０５】
この絶縁層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、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板状体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、板状体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クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【０１０６】
なお、ガラスからなる絶縁層を板状体２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを板状体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、ガラスペーストを６００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。また、絶縁層としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体からなる板状体２を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスからなる絶縁層との密着性を高めることができる。
【０１０７】
本発明の抵抗発熱体５のパターン形状としては、図３や図４に示すような複数のブロックに分割され、個々のブロックが円弧状のパターンと直線状のパターンや小円弧状パターンやジグザクな折り返し形状をしたもので、本願発明のウェハ加熱装置１はウェハＷを均一に加熱することが重要であることから、これらのパターン形状は帯状の抵抗発熱体５の各部の密度が均一なことが好ましい。
【０１０８】
また、抵抗発熱体５を複数のブロックに分割する場合、それぞれのブロックの温度を独立に制御することにより、加熱面３上のウェハＷを均一に加熱することが好ましい。
【０１０９】
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、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、酸化ホウ素、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。
【０１１０】
ここで、抵抗発熱体５を形成する金属粒子として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なくとも一種の金属を用いるのは、電気抵抗が小さいからである。
【０１１１】
抵抗発熱体５を形成する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。
【０１１２】
また、抵抗発熱体５を形成する金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、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。
【０１１３】
ただし、抵抗発熱体５に対し、金属酸化物の含有量が８０％を超えると、板状体２との密着力は増すものの、抵抗発熱体５の抵抗値が大きくなり好ましくない。その為、金属酸化物の含有量は６０％以下とすることが良い。
【０１１４】
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。
【０１１５】
即ち、抵抗発熱体５と板状体２との熱膨張差を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、加熱面３側が凹状に反る恐れがあるからである。
【０１１６】
さらに、絶縁層上に被着する抵抗発熱体５材料としては、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）等の導電性の金属酸化物や上記金属材料を樹脂ペーストやガラスペーストに分散させたペーストを用意し、所定のパターン形状にスクリーン印刷法等にて印刷したあと焼付けして、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。
【０１１７】
ただし、抵抗発熱体５材料に銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）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、抵抗発熱体５を覆うように絶縁層と同一の材質からなるコート層を４０〜４００μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【０１１８】
更に、抵抗発熱体５への給電方法については、有底の金属ケース１９に設置した給電端子１１を板状体２の表面に形成した給電部６にバネ（不図示）で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、２〜５ｍｍの厚みの板状体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１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、板状体２とその有底の金属ケース１９の間の温度差による熱応力を緩和し、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１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【０１１９】
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熱電対２７により測定する。熱電対２７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２７を使用することが好ましい。この熱電対２７の先端部は、板状体２に孔が形成され、こ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。同様に素線の熱電対やＰｔ等の測温抵抗体を埋設して測温を行うことも可能である。
【０１２０】
なお、板状体２の一方の主面には、図１に示すように、複数の支持ピン８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。
【０１２１】
また、図１では板状体２の他方の主面３に抵抗発熱体５のみを備えたウェハ加熱装置１について示したが、本発明は、主面３と抵抗発熱体５との間に静電吸着用やプラズマ発生用としての電極を埋設したものであっても良いことは言うまでもない。
【実施例１】
【０１２２】
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．0質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
【０１２３】
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
【０１２４】
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
【０１２５】
そして、得られた窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
【０１２６】
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間の焼成を行い各種の熱伝導率を有する板状体を製作した。
【０１２７】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３３０ｍｍの円盤状をした板状体を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【０１２８】
次いで板状体の上に抵抗発熱体を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ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。
【０１２９】
ゾーンや給電部、測温素子の配置は、図３や図１２に示す配置とした。そして中心部に抵抗発熱体の最大直径Ｄの２５％の円形の１つにゾーンを形成し、その外側の円環のゾーンを形成し、その外側に外径がＤの４５％の円環を２つのゾーンに分割し、更に最外周のゾーンの内径がＤの７０％の円環を４つのゾーンに分割した計８個のゾーン構成とした。そして、最外周の４つのゾーンの外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとして試料を作製した。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状体２を製作した。尚、本実施例では中心部の抵抗発熱体とその外側の円環状の発熱体は並列接続し同時に加熱制御を行った。
【０１３０】
また、弧状配線部の間の距離Ｌ１を半径方向に隣り合う円弧状パターン間の距離Ｌ２としてその比率Ｌ１／Ｌ４×１００％として比率を変えたウェハ支持部材を作製した。
【０１３１】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状体までの距離は２０ｍｍとした。
【０１３２】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体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することによりウェハ加熱装置とした。
【０１３３】
尚、接触部材１７の断面はＬ字形状で、環状とした。Ｌ字形状の段部上面と板状体の下面と円環状に接触し、板状体との接触面の幅は３ｍｍとした。また、接触部材の材質は耐熱性樹脂を用いた。作製した各種のウェハ加熱装置を試料Ｎｏ.１〜９とした。
【０１３４】
作製したウェハ加熱装置の評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ加熱装置に電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷを取り除き、室温の測温ウェハＷを加熱面に載せ、ウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。また、３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間冷却する温度サイクルを１０００サイクル繰り返した後、室温から２００℃に設定し１０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの温度差として測定した。
【０１３５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【表１】
2006127883.tif 000003
【０１３６】
また、試料Ｎｏ．９はＬ１／Ｌ４の比率が１２０％と大き過ぎることからウェハの温度差が１．７３℃と大きかった。
【０１３７】
一方、同一円周上に位置する一対の折り返し弧状配線部の間の距離を半径方向に隣り合う円弧状パターン間の距離よりも小さい試料Ｎｏ．１〜８はウェハの温度差が０．５℃以下と小さく優れた特性を示すことが分かった。
【０１３８】
また、試料Ｎｏ．２〜６はＬ１／Ｌ４の比率が３０〜８０％であり、ウェハの温度差が０．４１℃以下と小さく更に優れることが分かった。
【実施例２】
【０１３９】
実施例１と同様に板状体を製作した。
【０１４０】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３１５ｍｍ〜３３０ｍｍの円盤状をした板状体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【０１４１】
次いで板状体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ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５を形成した。
【０１４２】
ゾーン４の配置は、中心部に直径Ｄ１ｍｍの円形の１つにゾーンを形成し、その外側の円環のゾーンを形成し、その外側に外径Ｄ２（ｍｍ）の円環を２つのゾーンに分割し、更に最外周のゾーンの内径Ｄ３の円環を４つのゾーンに分割した計８個のゾーン構成とした。そして、最外周の４つのゾーンの外接円Ｃの直径をＤ＝３１０ｍｍとしＤ１、Ｄ２、Ｄ３の比率を変えた試料を作製した。尚、円環状のゾーン４ａ，４ｂの間に直径Ｄの５％の幅の環状の空白域を設け、給電部６とリフトピン貫通孔を形成した。また、円環状のゾーン４ｂ、４ｃｄの間に直径Ｄの５％の幅の環状の空白域を設け、ここに給電部を形成した。また、円環状のゾーン４ｃｄ、４ｅｈの間に直径Ｄの１０％の幅の環状の空白域を設け、ここにウェハ支持ピンと給電部を形成した。
【０１４３】
しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状体２を製作した。尚、本実施例では中心部の抵抗発熱体とその外側の円環状の発熱体は並列接続し同時に加熱制御を行った。
【０１４４】
また、比較用として図８の構成のゾーンとし、矩形の発熱体ゾーンの大きさは２１２×５３ｍｍとして、矩形の発熱体ゾーンを８個用いた試料Ｎｏ．４１を作製した。同様に試料Ｎｏ．４２は図７に示す構成のゾーンで、Ｄ1ｒを１５０ｍｍとし、Ｄ２rは３１０ｍｍとした。試料Ｎｏ．４３は図６に示す構成のゾーンの形状とした。試料Ｎｏ．４４はゾーンは円形で１つの抵抗発熱体からなるウェハ加熱装置を作製した。
【０１４５】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状体までの距離は２０ｍｍとした。
【０１４６】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体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することによりウェハ加熱装置とした。
【０１４７】
尚、接触部材１７の断面はＬ字形状で、環状とした。Ｌ字形状の断面の大きさは、板状体との接触面の幅が３ｍｍとした。また、接触部材の材質は耐熱性樹脂を用いた。作製した各種のウェハ加熱装置を試料Ｎｏ.１１〜３９とした。
【０１４８】
作製したウェハ加熱装置の評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ加熱装置に電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷを取り除き、室温の測温ウェハＷを加熱面に載せ、ウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。また、３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間冷却する温度サイクルを１０００サイクル繰り返した後、室温から２００℃に設定し１０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの温度差として測定した。
【０１４９】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【表２】
2006127883.tif 000004
【０１５０】
本願発明のウェハ加熱装置１で、中心部に円形のゾーンと、その外側の同心円の３つの円環内にゾーンを備えた試料Ｎｏ.１１〜３５のウェハ加熱装置１はウェハＷの温度差は０．５℃未満で且つ応答時間は４８秒以下と優れていた。また、中心部のゾーンの外径Ｄ１はその最外周のゾーンの外径Ｄの２３〜３３％であり、外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜５５％であり、外径Ｄ３は外径Ｄの６３〜８３％であるウェハ加熱装置１は、表１の試料Ｎｏ．１２〜１６、１９〜２５、２８〜３４であり、ウェハＷの温度差は０．４３℃以下と小さく、しかも応答時間は３９秒以下と小さく優れた特性を示す事が分った。
【０１５１】
更に、中心部のゾーンの外径Ｄ１は抵抗発熱体の外接円Ｄの２５〜３０％である試料Ｎｏ．１３〜１５のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３３℃以下と小さく、且つ応答時間も３４秒以下と小さく優れていることが分った。また、外径Ｄ１はＤの２６〜２９％である試料Ｎｏ．１４のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３１℃以下と小さく応答時間は３３秒以下と小さく更に好ましいことが分った。
【０１５２】
また、外径Ｄ２はＤの４７〜５３％である試料Ｎｏ．２０〜２４のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３９℃以下と小さく応答時間は３４秒以下と小さく好ましいことが分った。また、外径Ｄ２はＤの４８〜５１％である試料Ｎｏ．２１〜２３のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３２℃以下と小さく応答時間は３１秒以下と小さく更に好ましいことが分った。
【０１５３】
また、外径Ｄ３はＤの６８〜７８％である試料Ｎｏ．２９〜３３のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３８℃以下と小さく応答時間は３９秒以下と小さく好ましいことが分った。また、外径Ｄ３はＤの７１〜７５％である試料Ｎｏ．３０〜３２のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３２℃以下と小さく応答時間は３４秒以下と小さく更に好ましいことが分った。また、外径Ｄ３はＤの６７〜７０％である試料Ｎｏ．３１、３２のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．２３℃以下と小さく応答時間は２８秒以下と小さく更に好ましいことが分った。
【０１５４】
これらに対し本発明外の試料Ｎｏ．３６〜３９はウェハ面内の温度差が１．８℃以上と大きく、応答時間も５５秒と大きく劣ることが分かった。
【実施例３】
【０１５５】
実施例２と同様に板状体を作製した。
【０１５６】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３１５ｍｍ〜３４５ｍｍの円盤状をした板状体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【０１５７】
次いで板状体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ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５を形成した。抵抗発熱体５のパターン配置は、中心部から放射状に円と円環状に分割し、中心部に円形の１つにパターンを形成し、その外側の円環状の抵抗発熱体を形成し、その外側の円環状の部分に２つの抵抗発熱体を備え、更に最外周に４つのパターンの計８個のパターン構成とした。そして、最外周の４つの抵抗発熱体の外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとして、板状セラミックスの直径を変えて作製した。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状体２を製作した。
【０１５８】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと、側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムとからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状体までの距離は２０ｍｍとした。
【０１５９】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状体と有底の金属ケースが直接当たらないように、試料Ｎｏ．１と同様のリング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体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することによりウェハ加熱装置とした。
【０１６０】
作製したウェハ加熱装置を実施例１と同様に評価した。
【０１６１】
それぞれの結果は表３に示す通りである。
【表３】
2006127883.tif 000005
【０１６２】
表３の試料Ｎｏ．４５は、板状体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が８５％と小さくウェハの面内温度差は０．４７℃とやや大きく、また、応答時間が３４秒とやや大きかった。
【０１６３】
試料Ｎｏ.５２は板状体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９９％と大きくウェハの面内温度差は０．４４℃とやや大きく、応答時間も３５秒とやや大きいことが分かった。
【０１６４】
これらに対し、試料Ｎｏ.４６〜５１はウェハの面内の温度差が０．３１℃以下と小さく、しかも応答時間も３１秒以下と小さく優れていることから、板状体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率は、９０〜９７％が優れたウェハ加熱装置であることが分った。更に、板状体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率は、９２〜９５％である試料Ｎｏ．４７〜４９はウェハ面内温度差が０．２５℃以下で応答時間も２６秒以下と小さくより好ましいことが分かった。
【実施例４】
【０１６５】
実施例１と同様に板状体を作製した。
【０１６６】
ただし、ペーストの印刷厚みは２０μｍとし、また、抵抗発熱体を囲む外接円に対し、抵抗発熱体の占める面積の比率を変えたものを用意した。
【０１６７】
そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表４に示す。
【表４】
2006127883.tif 000006
【０１６８】
この結果、試料Ｎｏ.６０のように、抵抗発熱体を囲む外接円に対し、抵抗発熱体の占める面積の比率が５％を下回る試料は、ウェハの面内の温度差が０．４５℃とやや大きかった。また、試料Ｎｏ.６７のように、抵抗発熱体を囲む外接円に対し、抵抗発熱体の占める面積の比率が３０％を越えると、ウェハの一部に温度の高いホットエリヤが現れ、ウェハの面内温度差が０．４６℃とやや大きかった。
【０１６９】
これに対し、試料Ｎｏ.６１〜６６に示すように、抵抗発熱体の外接円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を５〜３０％とした試料は、ウェハの面内温度差が０．３２℃以下と小さくすることができ、優れていた。
【０１７０】
また、試料Ｎｏ．６２〜６５のように、抵抗発熱体の外接円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を１０〜２５％とすることで、ウェハの面内の温度差を０．２４℃以内とすることができ、さらには試料Ｎｏ．６３、６４のように、抵抗発熱体の外接円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を１５〜２０％とすることでウェハの面内の温度差を０．１７℃以内にまで低減することができ、特に優れることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１７１】
【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】本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明のゾーンの形状を示す概略図である。
【図４】本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図５】従来のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図６】従来の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図７】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図８】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図９】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図１０】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図１１】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図１２】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１７２】
１、７１：ウェハ加熱装置
２、７２：板状体
３、７３：加熱面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１１、７７：給電端子
１２：ガイド部材
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
１９、７９：金属ケース
２０：ナット
２１：底面
２３：孔
２４：ガス噴射口
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
Ｗ：半導体ウェハ
【図１】
2006127883.tif 000007
【図２】
2006127883.tif 000008
【図３】
2006127883.tif 000009
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006127883.tif 000013
【図８】
2006127883.tif 000014
【図９】
2006127883.tif 000015
【図１０】
2006127883.tif 000016
【図１１】
2006127883.tif 000017
【図１２】
2006127883.tif 000018