(57)【要約】【課題】  半導体製造工程の加熱、冷却工程において、効率よく、短時間で半導体ウエハの冷却を行うことができる半導体用加熱装置を提供すること。【解決手段】  半導体ウエハを保持する保持部と、上記半導体ウエハを加熱する加熱プレートと、加熱した半導体ウエハを冷却する冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、上記半導体ウエハの少なくとも片面に対向するように、上記加熱プレートが配置され、上記冷却プレートは、上記半導体ウエハと上記加熱プレートとの間に介在することができるように構成されていることを特徴とする半導体用加熱装置。【選択図】    図１−１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを保持する保持部と、前記半導体ウエハを加熱する加熱プレートと、加熱した半導体ウエハを冷却する冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
前記半導体ウエハの少なくとも片面に対向するように、前記加熱プレートが配置され、
前記冷却プレートは、前記半導体ウエハと前記加熱プレートとの間に介挿可能に構成されていることを特徴とする半導体用加熱装置。
【請求項２】
前記冷却プレートは、Ｃｕ、Ａｌ、ＣｒおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属が含有されたものである請求項１に記載の半導体用加熱装置。
【請求項３】
前記冷却プレートは、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値がＮ５以下である請求項１または２に記載の半導体用加熱装置。
【請求項４】
前記冷却プレートは、前記半導体ウエハの主面と略平行な方向に移動可能である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体用加熱装置。
【請求項５】
前記冷却プレートは、その端部にスリットが形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の半導体用加熱装置。
【請求項６】
前記冷却プレートは、複数のプレートが連結されてなるものである請求項１〜５のいずれかに記載の半導体用加熱装置。
【請求項７】
前記冷却プレートを収納するための収納部を備えている請求項１〜６のいずれかに記載の半導体用の加熱装置。
【請求項８】
前記冷却プレートは、前記収納部内では、ロール状態となっている請求項７に記載の半導体用加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハを製造する際に用いる半導体用加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程では、加熱処理や冷却処理が繰り返し行われることにより、半導体ウエハへのレジスト塗布や、露光・現像等の処理が適切に行われ、その結果、半導体を製造することができる。
そして、各工程では、必要に応じて行われる加熱、冷却を、効率よく、迅速に行うことが要望されている。この要望に対応するために、半導体用製造装置には、加熱機構および冷却機構が備えられている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１には、半導体ウエハの表裏の少なくとも一方に、加熱装置と冷却装置との積層体を間隙を持たせて配置し、半導体ウエハの加熱、冷却を行う熱処理方法が開示されている。
特許文献２には、半導体ウエハを水平に保持して上下に移動可能な保持部と、その上下面に設けた均熱部材と面状加熱体とからなり、半導体ウエハを均一な温度で再現性よく、迅速に加熱することができる熱処理装置が開示されている。
【０００４】
特許文献３には、半導体ウエハの上下両面に、熱源を配置し、これらの熱源を所定の間隔で対向することにより、半導体ウエハの加熱、冷却を行う熱処理装置が開示されている。
特許文献４には、ヒートプレートと冷却プレートとを備え、これらを上下動させることにより、半導体ウエハを加熱、冷却する熱処理装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平３−６９１１１号公報
【特許文献２】特開平７−３７８２７号公報
【特許文献３】特開平１１−９７４４８号公報
【特許文献４】特開平１１−２３３４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような熱処理装置や加熱方法を用いることにより、半導体製造工程において、半導体ウエハの加熱処理および冷却処理を行うことが可能である。
しかしながら、従来の加熱処理装置では、半導体ウエハを冷却する際に、半導体ウエハを短時間で冷却することが困難であった。
というのは、半導体ウエハを放冷のみで冷却した場合に冷却に時間がかかるのは当然のこと、冷却プレート等を用いて半導体ウエハを冷却する場合であっても、冷却プレートと半導体ウエハとの間には、加熱プレート等の熱源が介挿されており、半導体ウエハとともに加熱プレートを冷却する必要があり、半導体ウエハのみを冷却する場合に比べて冷却時間が長くなることは避けることができなかった。そのため、従来の熱処理装置や加熱方法では、半導体製造に要する時間を短縮し、半導体の生産効率を向上させる上で改善の余地があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行い、本発明を完成した。
本発明の半導体用加熱装置は、半導体ウエハを保持する保持部と、上記半導体ウエハを加熱する加熱プレートと、加熱した半導体ウエハを冷却する冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
上記半導体ウエハの少なくとも片面に対向するように、上記加熱プレートが配置され、
上記冷却プレートは、上記半導体ウエハと上記加熱プレートとの間に介挿可能に構成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記半導体用加熱装置において、上記冷却プレートは、Ｃｕ、Ａｌ、ＣｒおよびＮｉから選択される少なくとも１種の金属が含有されたものであることが望ましい。
また、上記冷却プレートは、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値がＮ５以下であることが望ましい。
また、上記冷却プレートは、前記半導体ウエハの主面と略平行な方向に移動可能であることが望ましい。
また、上記冷却プレートは、その端部にスリットが形成されていることが望ましい。
さらに、上記冷却プレートは、複数のプレートが連結されてなるものであることが望ましい。
【０００９】
また、本発明の半導体用加熱装置は、上記冷却プレートを収納するための収納部を備えていることが望ましい。
このように収納部を備えている場合、上記冷却プレートは、上記収納部内では、ロール状態となっていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体用加熱装置では、冷却プレートが、半導体ウエハと加熱プレートとの間に介挿可能に構成されているため、半導体製造工程の加熱、冷却工程において、効率よく、短時間で半導体ウエハの冷却を行うことができる。
また、上記半導体用加熱装置が収納部を備えている場合には、冷却プレートを備えつつ、装置自体の小型化を図ることができる。
【００１１】
本発明の半導体用加熱装置は、半導体ウエハの冷却効率を向上させた点に特徴を有するものである。
冷却効率を向上させることができた理由としては、下記の２つの理由を考えることができる。
すなわち、１つ目の理由としては、半導体ウエハと冷却源である冷却プレートとの距離を縮めることが可能であることが挙げられる。従来の熱処理装置では、冷却プレート等の冷却源を備えている場合、この冷却源は、加熱プレート等の加熱源を介して、半導体ウエハと対向するように配設されており、そのため、半導体ウエハと冷却源との距離を縮めようとしても、加熱源が存在する構成上、ある程度、距離を空けざるを得ず、半導体ウエハの冷却時間を充分に短縮することが困難であった。これに対し、本発明の半導体用加熱装置では、冷却プレートを半導体ウエハと加熱プレートとの間に介挿可能である（半導体ウエハと冷却プレートとを直接対向させることができる）ため、半導体ウエハと冷却プレートとの距離を縮め、半導体ウエハの冷却時間を短くすることができるのである。
【００１２】
もう１つの理由としては、冷却プレートと半導体ウエハとを直接対向させることができることが挙げられる。上述したように、従来の熱処理装置では、冷却源が、加熱源を介して半導体ウエハと対向するように配設されていたため、冷却時には、半導体ウエハとともに加熱源も冷却しなければならず、加熱源の冷却をも必要とする分、冷却に要する時間が長くなっていたのに対し、本発明の半導体用加熱装置では、加熱プレートを冷却する必要がなく、半導体ウエハを短時間で冷却することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体用加熱装置は、半導体ウエハを保持する保持部と、上記半導体ウエハを加熱する加熱プレートと、加熱した半導体ウエハを冷却する冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
上記半導体ウエハの少なくとも片面に対向するように、上記加熱プレートが配置され、
上記冷却プレートは、上記半導体ウエハと上記加熱プレートとの間に介挿することができるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
以下、本発明の半導体用加熱装置について、図面を参照しながら説明する。
図１−１、２は、それぞれ本発明の半導体用加熱装置の一実施形態を模式的に示す断面図であり、図１−１には加熱時の状態を、図１−２には冷却時の状態を示している。
そして、図１−１の（ａ）は半導体用加熱装置の縦断面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ線における横断面図である。また、図１−２の（ａ）は半導体用加熱装置の縦断面図であり、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線における横断面図である。
なお、図１−１、２には、半導体ウエハが保持部に載置された状態の半導体用加熱装置を示している。
【００１５】
図１−１に示すように、半導体用加熱装置１００は、上チャンバー１０２および下チャンバー１０３とからなる処理チャンバー１０１と、処理チャンバー１０１内に配設された２枚の加熱プレート１１０、１３０および冷却プレート１５１とから構成されており、２枚の加熱プレート１１０、１３０は、下チャンバー１０３内および上チャンバー１０２内にそれぞれ１枚づつ水平状態で配設されている。
上チャンバー１０２は、その側面に半導体ウエハ１１９を搬入、搬出するためのウエハ出入口１４１を備えている。
下チャンバー１０３は、熱交換器１４０を備えており、この熱交換器１４０は、エアー噴出し機構（図示せず）を備えている。
【００１６】
上チャンバー１０２に配設された加熱プレート１３０は、半導体ウエハ１１９と所定の間隔を維持することができる位置に固定されている。また、加熱プレート１３０の上部には、加熱プレート１３０に電圧を印加するための配線等を収納した配線収納部１３１が設けられている。
また、下チャンバー１０３に配設された加熱プレート１１０は、外周近傍の４箇所に取り付けられた４本の支持ピン１２２を介して、可動プレート１２１に固定されており、この可動プレート１２１は、エアシリンダ１２３に取り付けられている。ここで、エアシリンダ１２３の側面には、溝が切られており、エアーの圧力によって可動する可動片と一体化した凸部が、この溝を介して、シリンダ外に突出しており、この凸部が可動プレート１２１に固定されている。そして、エアシリンダの上部または底部よりシリンダ内に空気を送り込むことにより、加熱プレート１１０を可動プレート１２１と一体的に下降または上昇させることができる。
さらに、下チャンバー１０３内では、シリンダ１２３の近傍に、別途、シリンダ１２５が備えられており、このシリンダ１２５には、半導体ウエハ１１９を支持および受け渡しするための３本のリフターピン１１６が可動プレート１２４を介して固定されている。ここで、可動プレート１２４が固定されたエアシリンダ１２５は、加熱プレート１１０を上下動させるためのエアシリンダ１２３と同様の構成を有しており、エアシリンダの側面に突出した凸部に可動プレート１２４が固定されている。従って、リフターピン１１６を可動プレート１２４と一体的に下降または上昇させることができる。
このリフターピン１１６は、半導体ウエハを保持する保持部として機能する。
なお、加熱プレート１１０を駆動させるための配線等も取り付けられているが、ここでは特に図示していない。
【００１７】
加熱プレート１１０には、半導体ウエハに対向する側と反対側の面１１０ｂに、同心円形状からなる複数の発熱体１１２が形成されている。これら発熱体１１２は、互いに近い二重の同心円同士が一組の回路として、１本の線になるように形成され、これらの回路を組み合せて、加熱面の１１０ａでの温度が均一になるように設計されている
また、発熱体１１２からなる回路の両端部分には、入出力の端子となる外部端子（図示せず）との接続部１１３が形成されている。
また、加熱プレート１１０の中央に近い部分には、リフターピン１１６を挿通するための貫通孔が形成されており、さらに、別途、有底孔１１８が形成されている。なお、有底孔１１８には、図示してないが、測温素子が取り付けられている。
【００１８】
また、加熱プレート１３０は、リフターピンを挿通するための貫通孔が形成されていない以外は、加熱プレート１１０と同様の構成を有しており、加熱面（発熱体を形成した面と反対側の面）が、半導体ウエハと対向するように固定されている。
【００１９】
さらに、下チャンバー１０３は、その側面に隔壁１５５を隔てて、収納部１５０を備えており、この収納部１５０には、冷却プレート１５１をロール状態で収納することができ、冷却プレートを収納したり、半導体ウエハ１１９下部に送り出したりするためのレール１５４がロール状に敷設されている。なお、レール１５４は、下側の加熱プレートの上部まで延設されている。
また、レール１５４の下部には、冷却プレート１５１を収納したり、送り出したりするためのエアシリンダ１５６が配設されている。このエアシリンダ１５６は、その上面に溝が切られており、エアーの圧力によって可動する可動片と一体化した凸部が、この溝を介して、シリンダ上面に突出している。そして、この凸部が冷却プレートの先端部に固定されており、可動片（凸部）の往復運動により、冷却プレート１５１を構成する金属片を上記収納部内から順次送り出したり、収納部内へ順次収納したりすることができる。
【００２０】
冷却プレート１５１は、複数（図１では１２枚）の金属板１５２からなり、それぞれの金属板１５２の側面に取り付けられた連結部材１５３で連結されている。冷却プレート１５１は、半導体ウエハ１１９下部に送り出した状態で、支持ピン１１６と接触しないようにスリット１５１ａが設けられている。
さらに、冷却プレート１５１には、図示していないが、冷媒（水やガス）を循環させるための配管を設けている。なお、この配管については、後に図面を参照しながら説明する。
冷却プレート１５１は、冷却効率向上の観点から、できるだけ半導体ウエハ１１９の近くに位置するように設計されていることが望ましく、また、半導体ウエハ１１９の近くに位置するように設計した場合には、半導体ウエハ１１９と接触することを避けるため、冷却プレート１５１には、その上面（半導体ウエハと対向する面）にスペーサが形成されていてもよい。
【００２１】
また、隔壁１５５には、冷却プレート１５１を収納部１５０から出し入れするための冷却プレート出入口１５５ａが設けられており、この冷却プレート出入口１５５ａは、シャッター機構（図示せず）を備えており、冷却プレート１５１収納時には、冷却プレート出入口１５５ａが閉じられ、冷却プレート１５１を引き出す際には開放されるように構成されている。
【００２２】
半導体用加熱装置１００においては、加熱プレート１１０（可動プレート１２１）やリフターピン（可動プレート１２４）を上下動させたり、冷却プレート１５１を送り出したりするために、エアシリンダを備えているが、このエアシリンダは、安価で制御が容易である点で望ましい。なお、エアシリンダ に代えて油圧シリンダ等も用いることができ、さらには、シリンダに代えて、ステップモータを用いてもよい。
【００２３】
また、図１には、複数の金属片からなる冷却プレート、すなわち、複数のプレートが連結されてなる冷却プレートが用いられている。このような複数のプレートが連結されてなる冷却プレートを用いた場合、放熱が、冷却プレートの上下面のみならず、各プレートの側面においても行われることとなり（放熱に寄与する表面積が増大することとなる）、冷却効率が向上することとなる。
本発明の半導体用加熱装置においては、１枚のプレートからなる冷却プレートを用いてもよいが、上記した理由により、複数のプレートが連結されてなる冷却プレートを用いるほうが望ましいのである。
【００２４】
次に、本発明の半導体用加熱装置の動作について説明する。
半導体用加熱装置１００では、半導体ウエハ１１９をウエハ出入口１４１から搬入し、リフターピン１１６で支持した後、可動プレート１２１、支持ピン１２２とともに加熱プレート１１０を上昇させ、加熱プレート１１０を半導体ウエハ１１９と所定の間隙を有する位置に配置させる（図１−１（ａ）（ｂ）参照）。半導体ウエハの搬入は、ロボットアームで搬入させる等、従来公知の方法で行うことができる。
そして、加熱プレート１１０、１３０のそれぞれに形成された発熱体に通電することにより、加熱プレート１１０、１３０を昇温し、半導体ウエハ１１９の加熱処理を行う。
また、加熱処理時には、熱交換器１４０が備えるエアー噴出し機構よりエアーを噴出させるととともに、ウエハ出入口側からエアーを吸引することにより、半導体ウエハ１１９上にパーティクルが付着することを防止している。
【００２５】
また、加熱処理を終了し、冷却処理に移行する際には、加熱プレート１１０を下降させ、その後、冷却プレート１５１を収納部１５０から出し、半導体ウエハ１１９の下方に位置させる。換言すれば、冷却プレート１５１を半導体ウエハ１１９と加熱プレート１１０との間に介挿させる。その後、半導体ウエハをリフターピン１１６とともに下降させ、半導体ウエハを冷却プレートに近接させる（図１−２（ａ）（ｂ）参照）。
さらに、冷却プレート１５１内に配設された配管内に冷媒（水やガス）を流し、半導体ウエハ１１９を冷却する。
このようにして、半導体ウエハの加熱処理および冷却処理を行い、処理完了後、半導体ウエハを搬出し、続いて、新たな未処理の半導体ウエハを搬入する。
これにより、半導体ウエハを順次、加熱、冷却することができる。
【００２６】
次に、本発明の半導体用加熱装置の構成部材について説明する。
まず、上記冷却プレートについて説明する。
上記冷却プレートの材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉから選択される少なくとも１種の金属が含有されたもの、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉやこれらの合金（Ｃｕ合金、Ａｌ合金、Ｃｒ合金、Ｎｉ合金）等が挙げられる。これらは、冷却プレートとしての剛性を確保できるとともに、熱容量が大きく、水冷や空冷によりプレートを短時間で冷やすことができるため、半導体ウエハも効率よく冷却させるのに適しているからである。
また、これらの金属を用いた場合には、半導体ウエハを均一に冷却することができるため、冷却時における半導体ウエハの破損等の不都合を回避することができる。
また、上記合金の一例としては、例えば、圧延銅箔、ステンレス（ＳＵＳ）等が挙げられる。
【００２７】
また、上記冷却プレートは、上記材料から構成される単層のプレートであってもよいし、２層以上の複数層からなるプレートであってもよい。また、上記材料からなるプレートと、他の金属からなるプレートとの積層体であってもよい。
上記冷却プレートが、図１−１、２に示したように、複数の金属片が連結部材により連結されてなる場合、上記連結部材もまた、上記金属からなることが望ましい。
【００２８】
また、上記冷却プレートには、明度がＪＩＳ  Ｚ  ８７２１の規定に基づく値でＮ５以下であることが望ましい。この場合、輻射熱量、隠蔽性に優れ、冷却性を助長させられ、より効率よく半導体ウエハを冷却することができるからである。冷却プレートの全体が上記範囲の明度を有するものであってもよいし、冷却プレートの一部分（例えば、半導体ウエハと対向する部分）が上記範囲の明度を有するものであってもよい。
ここで、明度のＮは、理想的な黒の明度を０とし、理想的な白の明度を１０とし、これらの黒の明度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度となるように各色を１０分割し、Ｎ０〜Ｎ１０の記号で表示したものである。
そして、実際の測定は、Ｎ０〜Ｎ１０に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点１位は０または５とする。
【００２９】
また、上記冷却プレートは、図１−１、２に示したように、上記半導体ウエハの主面と略平行な方向に移動可能となるように構成されていることが望ましい。
この場合、冷却処理時にのみ、半導体ウエハと加熱プレートとの間に冷却プレートを介挿することができるため、加熱時には、加熱プレートから発生した熱を阻害することがなく、短時間で半導体ウエハを加熱することができ、冷却時には、上述したように短時間で半導体ウエハを冷却することができるからである。
【００３０】
また、上記冷却プレートは、図１−２に示したように、その先端にスリットが形成されていてもよい。スリットを形成することにより、冷却プレートとリフターピン等とが接触することがなくなり、他の構成部材との接触に起因して冷却機能が低下するおそれがなくなるからである。すなわち、加熱工程終了時には、リフターピン等も熱を有しており、冷却プレートが、リフターピンと接触すると冷却プレート自体が暖められ、その結果、冷却プレートの冷却能が低下することとなるが、スリットを形成することによりこのような不都合を回避することができるのである。
【００３１】
また、上記冷却プレートは、図１−１、２に示したように、収納部内でロール形状を有することができるものに限定されるわけではなく、容易に変形しない板状体であってもよい。
但し、半導体用加熱装置の小型化に有利であるとの点から、ロール形状に収納可能なものが望ましい。
また、図１−１、２に示した半導体用加熱装置では、装置の両側面のそれぞれに冷却プレートが収納され、２枚の冷却プレートで半導体ウエハを冷却するように構成されているが、装置の一方の側面にのみ冷却プレートが収納され、１枚の冷却プレートで半導体ウエハを冷却するように構成されていてもよい。
【００３２】
また、換言すれば、上記半導体用加熱装置は、上記冷却プレートを収納するための収納部を有していることが望ましい。加熱時に、冷却プレートを収納部内に収納しておけば、加熱プレートによる半導体ウエハの加熱が阻害されることがなく、加熱効率の向上に繋がるからである。
【００３３】
また、上述したように、冷却プレートには、水やガス等の冷媒を流すための配管（以下、冷媒管ともいう）が配設されていてもよい。
以下、冷却プレートに配設する冷媒管について図面を参照しながら説明する。
図２および図３のそれぞれ（ａ）、（ｂ）は、冷媒管が形成された冷却プレートの一部を模式的に示す側面図および平面図である。
【００３４】
図２に示すように、冷却プレート１５１を構成する金属片１５２には、その内部に３本の平行な冷媒管１５５が形成されている。そして、この冷媒管内に冷媒を流すことにより、半導体ウエハを効率良く冷却することができる。なお、図中、１５３は連結部材である。
また、金属片の内部に平行に冷媒管を配設する場合、その本数は特に限定されず、１本や２本であってもよいし、４本以上であってもよい。
【００３５】
また、金属片に冷媒管を配設する場合、図３に示すように、冷却プレートを構成する金属片２５２の内部を蛇行する１本の冷媒管２５５であってもよい。この場合も同様に、冷媒管内に冷媒を流すことにより半導体ウエハを効率良く冷却することができる。
なお、図中、２５３は連結部材である。
【００３６】
また、図２、３に示した冷媒管は、各金属片ごとに形成されたものであるが、冷却プレートに冷媒管を配管する場合、例えば、冷却プレートを構成する金属片全体を一体的に貫通するような冷媒管を配設してもよい。
また、金属片ごとに冷媒管を形成する場合、全ての金属片に冷媒管を形成してもよいし、一部の金属片にのみ冷媒管を形成してもよい。
【００３７】
次に、加熱プレートについて説明する。
上記加熱プレートは、半導体ウエハの上面側に配置するものも、下面側に配置するものも同一のものを用いることができるので、ここでは、両者を区別することなく、加熱プレートとして説明する。
上記加熱プレートとしては、セラミック基板の表面または内部に発熱体が形成されたセラミックヒータを用いることができる。
【００３８】
上記セラミック基板の材質としては、窒化物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミックが挙げられる。これらのなかでは、窒化物セラミックおよび炭化物セラミックの非酸化物セラミックが望ましい。
窒化物セラミック、炭化物セラミックおよび酸化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラミック基板の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、歪んだりしない。そのため、セラミック基板を薄くて軽いものとすることができる。さらに、セラミック基板の熱伝導率が高く、セラミック基板自体が薄いため、セラミック基板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に追従する。即ち、電圧、電流値を変えて発熱体の温度を変化させることにより、セラミック基板の表面温度を制御することができるのである。
【００３９】
また、窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４０】
また、炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４１】
さらに、酸化物セラミックとしては、金属酸化物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージュライト、ムライト等が挙げられる。
これらのセラミックは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００４２】
これらのなかでは、窒化物セラミックおよび炭化物セラミックの非酸化物セラミックが望ましく、窒化アルミニウムが最も望ましい。熱伝導率が１８０Ｗ／ｍ・Ｋと最も高く、温度追従性に優れるからである。
【００４３】
なお、上記セラミックヒータにおいて、セラミック基板として窒化物セラミック、炭化物セラミックまたは酸化物セラミック等を使用する際、必要により、絶縁層を形成してもよい。窒化物セラミックは酸素固溶等により、高温で体積抵抗値が低下しやすく、また炭化物セラミックは特に高純度化しない限り導電性を有しており、絶縁層を形成することにより、高温時あるいは不純物を含有していても回路間の短絡を防止して温度制御性を確保できるからである。
【００４４】
上記絶縁層としては、酸化物セラミックが望ましく、具体的には、シリカ、アルミナ、ムライト、コージェライト、ベリリア等を使用することができる。
このような絶縁層としては、アルコキシドを加水分解重合させたゾル溶液をセラミック基板にスピンコートして乾燥、焼成を行ったり、スパッタリング、ＣＶＤ等の処理を施したりすることにより形成することができる。また、セラミック基板表面を酸化処理して酸化物層を設けてもよい。
【００４５】
上記絶縁層の厚さは、０．１〜１０００μｍであることが望ましい。０．１μｍ未満では、絶縁性を確保できず、１０００μｍを超えると発熱体からセラミック基板への熱伝導性を阻害してしまうからである。
さらに、上記絶縁層の体積抵抗率は、上記セラミック基板の体積抵抗率の１０倍以上（同一測定温度）であることが望ましい。１０倍未満では、回路の短絡を防止できないからである。
【００４６】
また、上記セラミック基板は、カーボンを含有し、その含有量は、２００〜５０００ｐｐｍであることが望ましい。電極を隠蔽することができ、また黒体輻射を利用しやすくなるからである。
【００４７】
また、上記セラミック基板として、シリコンウエハの表面に、酸化物セラミックからなる絶縁層が形成されたものを使用することができる。
【００４８】
なお、上記セラミック基板は、明度がＪＩＳ  Ｚ  ８７２１の規定に基づく値でＮ６以下のものであることが望ましい。この程度の明度を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるからである。
【００４９】
上記セラミックヒータにおいて、セラミック基板の表面に発熱体を設ける場合は、発熱体形成面は、加熱面の反対側であることが望ましい。発熱体の形成位置をこのように設定することにより、発熱体から発生した熱が伝搬していくうちに、セラミック基板全体に拡散し、半導体ウエハを加熱する面の温度分布が均一化され、その結果、被加熱物の各部分における温度が均一化される。
上記発熱体は、セラミック基板の内部に形成されていてもよい（図５（ｄ）参照）。
【００５０】
セラミック基板の表面に発熱体を形成する場合、発熱体の厚さは、１〜３０μｍが好ましい。さらに、発熱体の幅は、０．１〜２０ｍｍが好ましく、０．１〜５ｍｍがより好ましい。
発熱体は、その幅や厚さにより抵抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大きくなる。
【００５１】
また、上記セラミックヒータにおける発熱体のパターンとしては、例えば、渦巻き状のパターン、偏心円状のパターン、屈曲線の繰り返しパターン等も用いることができる。また、これらは併用してもよい。
また、最外周に形成された発熱体パターンを、円周方向に分割されたパターンとすることで、温度が低下しやすいセラミックヒータの最外周で細かい温度制御を行うことが可能となり、セラミックヒータの温度のばらつきを抑えることが可能である。さらに、円周方向に分割された発熱体のパターンは、セラミック基板の最外周に限らず、その内部にも形成してもよい。
【００５２】
上記発熱体は、断面が矩形であっても楕円であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面の温度分布ができにくいからである。断面のアスペクト比（発熱体の幅／発熱体の厚さ）は、１０〜５０００であることが望ましい。
この範囲に調整することにより、発熱体の抵抗値を大きくすることができるとともに、加熱面の温度の均一性を確保することができるからである。
【００５３】
発熱体の厚さを一定とした場合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、セラミック基板の加熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、発熱体のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまい、逆にアスペクト比が大きすぎると発熱体の中央の直上部分が高温となってしまい、結局、発熱体のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまう。従って、温度分布を考慮すると、断面のアスペクト比は、１０〜５０００であることが望ましいのである。
上記セラミックヒータにおいては、アスペクト比を１０〜２００とすることがより望ましい。
【００５４】
上記発熱体を形成する際に用いる、導体ペーストとしては特に限定されないが、導電性を確保するための金属粒子または導電性セラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが好ましい。
【００５５】
金属粒子としては、例えば、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケルなどが好ましく、中でも、貴金属（金、銀、白金、パラジウム）がより好ましい。また、これらは、単独で用いてもよいが、２種以上を併用することが望ましい。これらの金属は、比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。
上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００５６】
これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒径は、０．１〜１００μｍが好ましい。０．１μｍ未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、１００μｍを超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるからである。
【００５７】
上記金属粒子の形状は、球状であっても、リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよい。
上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を保持しやすくなり、発熱体と窒化物セラミック等との密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることができるため有利である。
【００５８】
導体ペーストに使用される樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。
【００５９】
導体ペーストには、上記したように、金属粒子に金属酸化物を添加し、発熱体を金属粒子および金属酸化物を焼結させたものとすることが望ましい。このように、金属酸化物を金属粒子とともに焼結させることにより、セラミック基板である窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと金属粒子とを密着させることができる。
【００６０】
金属酸化物を混合することにより、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面や窒化物セラミック、炭化物セラミックの表面は、わずかに酸化されて酸化膜が形成されており、この酸化膜同士が金属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとが密着するのではないかと考えられる。
【００６１】
上記金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、アルミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００６２】
これらの酸化物は、発熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラミックとの密着性を改善することができるからである。
【００６３】
上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、アルミナ、イットリア、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を１００重量部とした場合、重量比で、酸化鉛が１〜１０、シリカが１〜３０、酸化ホウ素が５〜５０、酸化亜鉛が２０〜７０、アルミナが１〜１０、イットリアが１〜５０、チタニアが１〜５０であって、その合計が１００重量部を超えない範囲で調整されていることが望ましい。
これらの範囲で、これらの酸化物の量を調整することにより、特に窒化物セラミックとの密着性を改善することができる。
上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量は、０．１重量％以上１０重量％未満が好ましい。
【００６４】
また、発熱体として金属箔や金属線を使用することもできる。上記金属箔としては、ニッケル箔、ステンレス箔をエッチング等でパターン形成して発熱体としたものが望ましい。パターン化した金属箔は、樹脂フィルム等ではり合わせてもよい。金属線としては、例えば、タングステン線、モリブデン線等が挙げられる。
【００６５】
また、発熱体を形成した際の面積抵抗率は、０．１ｍΩ〜１０Ω／□が好ましい。面積抵抗率が０．１ｍΩ／□未満の場合、発熱量を確保するために、発熱体パターンの幅を０．１〜１ｍｍ程度と非常に細くしなければならず、このため、パターンのわずかな欠け等で断線したり、抵抗値が変動し、また、面積抵抗率が１０Ω／□を超えると、発熱体パターンの幅を大きくしなければ、発熱量を確保できず、その結果、パターン設計の自由度が低下し、加熱面の温度を均一にすることが困難となるからである。
【００６６】
セラミック基板の表面に発熱体を形成する場合は、発熱体の表面部分に、金属被覆層が設置されていることが望ましい。内部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する金属被覆層の厚さは、０．１〜１０μｍが好ましい。
【００６７】
金属被覆層を形成する際に使用される金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケルが好ましい。
【００６８】
上記セラミック基板の直径は、２００ｍｍ以上が望ましい。大きな直径を持つセラミックヒータほど、熱容量が大きくなるためである。また、このような大きな直径を持つセラミック基板は、大口径の半導体ウエハを加熱することができるからである。セラミック基板の直径は、特に１２インチ（３００ｍｍ）以上であることが望ましい。次世代の半導体ウエハの主流となるからである。
【００６９】
また、上記セラミック基板の厚さは、その上限が２０ｍｍであることが望ましい。セラミック基板の厚さが２０ｍｍを超えると温度追従性が低下するからである。また、その厚さの貫通孔は、０．５ｍｍであることが望ましい。０．５ｍｍより薄いと、セラミック基板の強度自体が低下するため破損しやすくなる。より望ましく下限は１．５ｍｍを超える厚さであり、上限は５ｍｍである。５ｍｍより厚くなると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が低下する傾向が生じ、一方、１．５ｍｍ以下であると、セラミック基板中を伝搬する熱が充分に拡散しないため加熱面に温度ばらつきが発生することがあり、また、セラミック基板の強度が低下して破損する場合があるからである。
【００７０】
上記セラミックヒータにおいては、セラミック基板は、底面から加熱面（半導体ウエハと対向する面）に向けて有底孔を設けるとともに、この有底孔に熱電対等の測温素子を設けることが望ましい。セラミックヒータ（加熱プレート）の温度制御を行うことができるからである。
【００７１】
また、上記有底孔の底は、発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成することが望ましい。
具体的には、加熱面と有底孔の底との距離は、０．１ｍｍ〜セラミック基板の厚さの１／２であることが望ましい。０．１ｍｍ未満では、放熱してしまい、加熱面に温度分布が形成され、セラミック基板の厚さの１／２を超えると、発熱体の温度の影響を受けやすくなり、温度制御できなくなり、やはり加熱面に温度分布が形成されてしまうからである。
【００７２】
有底孔の直径は、０．３ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。これは、大きすぎると放熱性が大きくなり、また小さすぎると加工性が低下して加熱面との距離を均等にすることができなくなるからである。
【００７３】
測温素子としては、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。また、上記熱電対としては、例えば、ＪＩＳ−Ｃ−１６０２（１９８０）に挙げられるように、Ｋ型、Ｒ型、Ｂ型、Ｓ型、Ｅ型、Ｊ型、Ｔ型熱電対等が挙げられるが、これらのなかでは、Ｋ型熱電対が好ましい。
【００７４】
上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同じか、または、それよりも大きく、０．５ｍｍ以下であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合は、熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうからである。なお、素線の径より小さくすることは困難である。
【００７５】
測温素子は、金ロウ、銀ロウなどを使用して、有底孔の底に接着してもよく、有底孔に挿入した後、耐熱性樹脂で封止してもよく、両者を併用してもよい。
上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００７６】
金ロウとしては、３７〜８０．５重量％Ａｕ−６３〜１９．５重量％Ｃｕ合金、８１．５〜８２．５重量％：Ａｕ−１８．５〜１７．５重量％：Ｎｉ合金から選ばれる少なくとも１種が望ましい。これらは、溶融温度が、９００℃以上であり、高温領域でも溶融しにくいためである。
銀ロウとしては、例えば、Ａｇ−Ｃｕ系のものを使用することができる。
【００７７】
本発明の半導体用加熱装置では、上述したような構成の加熱プレートを備えているが、図１−１、２に示したように、上チャンバー、下チャンバーのそれぞれに加熱プレートを配設する場合、両者は同一形状の加熱プレートであってもよいし、異なる形状の加熱プレートであってもよい。
【００７８】
また、本発明の半導体用加熱装置において、図１−１、２に示した態様では、半導体ウエハの上下面のそれぞれに加熱プレートを備えているが、必ずしも半導体ウエハの上下両面に加熱プレートを備えている必要はなく、いずれか一方の面にのみ対向するように加熱プレートを備えていてもよい。
なお、この場合、半導体ウエハの下面側に加熱プレートを備えていることが望ましい。半導体ウエハの加工面と反対側の面から加熱するのが望ましいからである。
また、半導体ウエハの上面側に加熱プレートを配設した場合には、仮に、半導体ウエハに反りが発生したとしても、半導体ウエハを均一に加熱することができるため、図示したように半導体ウエハの上下両面に加熱プレートを配設することが最も望ましい。
【００７９】
また、上記加熱プレートは、図１−１、２に示したように、上下動可能に配設されていることが望ましい。
冷却工程において、半導体ウエハから距離を離すことにより、加熱プレートが有する熱の影響を受けにくく、より短時間で半導体ウエハを冷却することができるからである。
【００８０】
次に、加熱プレートの製造方法について説明しておく。
まず、セラミック基板の表面に発熱体が形成された加熱プレートの製造方法を、図４を参照しながら説明する。図４は、加熱プレートの製造方法の一例を説明するための模式図である。
【００８１】
（１）セラミック基板の作製
まず、上述した窒化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックの粉末に、必要に応じて、イットリア（Ｙ２Ｏ３）やＢ４Ｃ等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化合物、バインダ等を配合してスラリーを調製した後、このスラリーをスプレードライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型に入れて加圧することにより板状等に成形し、生成形体（グリーン）を作製する。
上記バインダとしては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブチルセルロース、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
【００８２】
次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定の形状に加工することにより，セラミック基板１１を作製するが、焼成後、そのまま使用することができる形状としてもよい。加圧しながら、加熱、焼成を行うことにより、気孔のないセラミック基板１１を製造することが可能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよいが、窒化物セラミックや炭化物セラミックでは、１０００〜２５００℃である。また、酸化物セラミックでは、１５００〜２０００℃である。
【００８３】
さらに、必要に応じて、ドリル加工を実施し、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔１４、リフターピンを挿通するための貫通孔１５を形成する（図４（ａ）参照）。
【００８４】
（２）セラミック基板に導体ペーストを印刷する工程
導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からなる粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリーン印刷などを用い、発熱体１２を設けようとする部分に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。
導体ペースト層は、焼成後の発熱体１２の断面が、方形で、扁平な形状となるように形成することが望ましい。
【００８５】
（３）導体ペーストの焼成
セラミック基板１１の底面に印刷した導体ペースト層を加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒子を焼結させ、セラミック基板１１の底面に焼き付け、発熱体１２を形成する（図４（ｂ）参照）。加熱焼成の温度は、５００〜１０００℃が望ましい。
導体ペースト中に上述した酸化物を添加しておくと、金属粒子、セラミック基板および酸化物が焼結して一体化するため、発熱体１２とセラミック基板１１との密着性が向上する。
【００８６】
（４）金属被覆層の形成
次に、発熱体１２の表面に、必要に応じて、金属被覆層（図示せず）を形成する(図４（ｃ）参照)。金属被覆層は、電解めっき、無電解めっき、スパッタリング等により形成することができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適である。
【００８７】
（５）端子等の取り付け
発熱体１２の端部に、電源との接続のための端子（外部端子１３）を半田で取り付ける。また，有底孔１４に銀ろう、金ろう等で熱電対（図示せず）を固定し、ポリイミド等の耐熱樹脂で封止し、セラミックヒータ１０の製造を終了する（図４（ｄ）参照）。
【００８８】
次に、セラミック基板の内部に発熱体が形成された加熱プレートの製造方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、上記セラミックヒータの製造方法の別の一例を説明するための模式図である。
【００８９】
（１）グリーンシートの作製方法
まず、上述した窒化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート１３０を作製する。
また、ペーストを調製する際には、必要に応じて、イットリア（Ｙ２Ｏ３）やＢ４Ｃ等の焼結助剤、Ｎａ、Ｃａを含む化合物を加えてもよい。
上記バインダとしては、セラミックヒータ１０の製造で用いるものと同様のものを用いることができる。
【００９０】
上記溶剤としては、α−テルピネオール、グリコール等を用いることができる。
これらを混合して得られるペーストをドクターブレード法でシート状に成形して、グリーンシート１３０を作製する。
また、グリーンシート１３０には、パンチング等により、スルーホールを形成する部分に貫通孔を形成する。
なお、グリーンシート１３０には、貫通孔３５や有底孔３４となる部分に貫通孔を形成しておくことも可能である。グリーンシートの厚さは、０．１〜５ｍｍが望ましい。
【００９１】
（２）グリーンシート上に導体ペーストを印刷する工程
グリーンシート１３０上に、発熱体３２を形成するための金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導体ペーストを印刷し、導体ペースト層１２０を形成し、貫通孔にスルーホール用の導体ペースト充填層１６０を形成する。
これらの導電ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。
【００９２】
タングステン粒子、モリブデン粒子の平均粒径は、０．１〜５μｍが望ましい。平均粒径が０．１μｍ未満であるか、５μｍを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。
このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子８５〜８７重量部；アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも１種のバインダ１．５〜１０重量部；および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも１種の溶媒を１．５〜１０重量部混合した組成物（ペースト）等が挙げられる。
【００９３】
（３）グリーンシート積層工程
導体ペーストを印刷していないグリーンシート１３０を、導体ペーストを印刷したグリーンシート１３０の上側に積層する（図５（ａ）参照）。
このとき、導体ペーストを印刷したグリーンシート１３０が、積層したグリーンシートの厚さに対して、底面から６０％以下の位置になるように積層することが望ましい。
また、上側のグリーンシートの積層数は２０〜５０枚が望ましい。
【００９４】
（４）グリーンシート積層体の焼成
グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシートおよび内部の導体ペーストを焼結させる（図５（ｂ）参照）。
また、加熱温度は、１０００〜２０００℃が望ましく、加圧の圧力は、１０〜２０ＭＰａが望ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素等を使用することができる。
【００９５】
（５）有底孔等の形成
得られた焼結体に、必要に応じて、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔３４、リフターピンを挿通するための貫通孔３５、発熱体３２をスルーホール４０を介して外部端子３３と接続するため袋孔４０ａ等を形成する（図５（ｃ）参照）。
【００９６】
上述の有底孔３４や貫通孔３５を形成する工程は、上記グリーンシート積層体に対して行ってもよいが、上記焼結体に対して行うことが望ましい。焼結過程において、変形するおそれがあるからである。
なお、有底孔３４や貫通孔３５は、研磨処理後に、サンドブラスト等のブラスト処理を行うことにより形成することができる。
【００９７】
（６）外部端子の取り付け
セラミック基板３１の内部に形成された発熱体３２と接続するためのスルーホール４０に外部端子３３を接続し、加熱してリフローする。加熱温度は、２００〜５００℃が好適である。そして、有底孔３４にリード線を有する測温素子（図示せず）を銀ろう、金ろうを用いて取り付け、ポリイミド等の耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータ３０の製造を終了する（図５（ｄ）参照）。なお、外部端子の取り付け方法は、上述した方法に限定されるわけではなく、例えば、弾性部材の弾性力を利用して圧着する方法や、スルーホールにネジ溝が切られており、ねじ部を有する外部端子をねじ込む方法等を用いることもできる。
【実施例】
【００９８】
（実施例１−１）
Ａ．セラミックヒータの作製
（１）窒化アルミニウム粉末（トクヤマ社製、平均粒径０．６μｍ）１００重量部、イットリア（平均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリルバインダ１２重量部およびアルコールからなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製した。
【００９９】
（２）次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平板状に成形して生成形体（グリーン）を得た。
【０１００】
（３）次に、この生成形体を１８００℃、圧力２０ＭＰａでホットプレスし、厚さが３ｍｍの窒化アルミニウム基板を得た。
次に、この板状体から直径３４０ｍｍの円板体を切り出し、セラミック製の板状体とした。そして、このセラミック基板にドリル加工を施し、熱電対を埋め込むための有底孔１４およびリフターピンを挿通するための貫通孔１５を形成した。
【０１０１】
（４）次に、上記（３）の工程で得られたセラミック基板の底面に、スクリーン印刷にて導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、略同心円形状の発熱体が複数形成されているパターンとした。
上記導体ペーストとしては、Ａｇ４８重量％、Ｐｔ２１重量％、ＳｉＯ２１．０重量％、Ｂ２Ｏ３２．２重量％、ＺｎＯ４．１重量％、ＰｂＯ３．４重量％、酢酸エチル３．４重量％、ブチルカルビトール１７．９重量％からなる組成のものを使用した。
この導体ペーストは、Ａｇ−Ｐｔペーストであり、銀粒子は、平均粒径が４．５μｍで、リン片状のものであった。また、Ｐｔ粒子は、平均粒径０．５μｍの球状であった。
【０１０２】
（５）さらに、発熱体パターンの導体ペースト層を形成した後、セラミック基板１１を７８０℃で加熱、焼成して、導体ペースト中のＡｇ、Ｐｔを焼結させるとともに、セラミック基板に焼き付け、発熱体を形成した。
【０１０３】
（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記（５）で作製したセラミック基板１１を浸漬し、銀−鉛の発熱体１２の表面に厚さ１μｍの金属被覆層（ニッケル層）を析出させた。
【０１０４】
（７）次に、電源との接続を確保するための外部端子１３を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト（田中貴金属社製）を印刷して、半田層（図示せず）を形成した。次いで、半田層の上に，コバール製の外部端子１３を載置して、４２０℃で加熱リフローし、外部端子１３を発熱体１２（金属被覆層１２ａ）の表面に取り付けた（図４（ｄ）参照）。
最後に、温度制御のための熱電対（図示せず）をポリイミドで封止し、セラミックヒータ（加熱プレート）を得た。
【０１０５】
Ｂ．冷却プレートの作製
（１）銅板（圧延銅箔）切断して、長さ２０ｍｍ、幅３５０ｍｍに切断された厚さ１０ｍｍの銅板片を作製し、この銅板片に、その側面から貫通する貫通孔（開口径：５ｍｍ）を３箇所形成した。さらに、この貫通孔内に水（または空気）を循環させるための配管を取り付けた。
【０１０６】
（２）上記（１）の工程で作製した銅板片１２枚を、銅製の連結部材を介してつなぎ合わせ、さらに、設計に応じて、スリットを形成し、ロール形状に収納可能な冷却プレートを作製した。
なお、冷却プレートは、２枚作製した。また、この工程で作製した冷却プレートの表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
【０１０７】
Ｃ．半導体用加熱装置の組立て
予め、配線、シリンダー、リフターピン、冷媒用配管、熱交換器等が設計に応じて配設された上チャンバーおよび収納部を有する下チャンバーを、別途作製しておき、上記Ａの工程で作製した加熱プレートを上チャンンバーの所定の位置に取り付け、上記Ａの工程で作製した加熱プレートおよび上記Ｂの工程で形成した冷却プレートを下チャンンバーの所定の位置に取り付け、上チャンバーと下チャンバーを一体化することにより、図１−１、２に示した構成を有する半導体用加熱装置を組立てた。なお、冷却プレートの温度は、定常時には２０℃前後である。
【０１０８】
（実施例１−２、１−３）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例１−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１０９】
（実施例１−４）
実施例１−１のＢの工程において、長さ２５０ｍｍ、幅３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの圧延銅板１枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例１−１と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管（開口径５ｍｍで３６箇所）を作製し、また、スリットも形成した。
【０１１０】
（実施例１−５、１−６）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例１−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１１１】
（参考例１−１）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例１−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１１２】
（参考例１−２）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例１−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１１３】
（実施例２−１）
実施例１−１のＢの（１）の工程において、銅板に代えて、アルミニウム板を用いて、さらに、（２）の工程において、アルミニウム製の連結部材を用いた以外は、実施例１と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
なお、冷却プレートの表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
【０１１４】
（実施例２−２、２−３）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例２−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１１５】
（実施例２−４）
実施例１−１のＢの工程において、長さ２５０ｍｍ、幅３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのアルミニウム板１枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例１−１と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管（開口径５ｍｍで３６箇所）を作製し、また、スリットも形成した。
【０１１６】
（実施例２−５、２−６）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例２−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１１７】
（参考例２−１）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例２−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１１８】
（参考例２−２）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例２−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１１９】
（実施例３−１）
実施例１のＢの（１）の工程において、銅板に代えて、クロム合金（ＳＵＳ：ステンレス）板を用いて、さらに、（２）の工程において、同様のクロム合金製の連結部材を用いた以外は、実施例１と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
なお、冷却プレートの表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
【０１２０】
（実施例３−２、３−３）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例３−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１２１】
（実施例３−４）
実施例１−１のＢの工程において、長さ２５０ｍｍ、幅３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのクロム合金（ＳＵＳ：ステンレス）板１枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例１−１と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管（開口径５ｍｍで３６箇所）を作製し、また、スリットも形成した。
【０１２２】
（実施例３−５、３−６）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例３−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１２３】
（参考例３−１）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例３−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１２４】
（参考例３−２）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例３−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１２５】
（実施例４−１）
実施例１のＢの（１）の工程において、銅板に代えて、ニッケル合金板（ニッケル含有率、８５重量％以上）用いて、さらに、（２）の工程において、同様のニッケル合金製の連結部材を用いた以外は、実施例１と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
冷却プレートの表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
【０１２６】
（実施例４−２、４−３）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例４−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１２７】
（実施例４−４）
実施例１−１のＢの工程において、長さ２５０ｍｍ、幅３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのニッケル合金板（ニッケル含有率、８５重量％以上）１枚からなる冷却プレートを作製し、この冷却プレートを用いた以外は、実施例１−１と同様にして、半導体用加熱装置を作製した。
なお、本実施例で作製した冷却プレートは、その表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値は、Ｎ５である。
また、本実施例でも、冷却プレートには冷媒を循環させるための配管（開口径５ｍｍで３６箇所）を作製し、また、スリットも形成した。
【０１２８】
（実施例４−５、４−６）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、それぞれＮ３、Ｎ１とした以外は、実施例４−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１２９】
（参考例４−１）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例４−１と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１３０】
（参考例４−２）
冷却プレート表面のＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値を、Ｎ６とした以外は、実施例４−４と同様にして半導体用加熱装置を作製した。
【０１３１】
（比較例１）
半導体ウエハの下面側の加熱プレート（下チャンバー内に取り付けた加熱プレート）を加熱処理工程の状態（図１−１の状態）で固定し、さらに、冷却工程において、冷却プレートが加熱プレートの下側、すなわち、半導体ウエハと冷却プレートとの間に加熱プレートが位置するように冷却プレートを取り付けた以外は、実施例１と同様にして半導体用加熱装置を組立てた。
【０１３２】
実施例１〜４および比較例で組立てた半導体用加熱装置を用いて、下記の方法で半導体ウエハの加熱、冷却を行い、半導体用加熱装置の性能を評価した。
実施例および参考例に係る半導体用加熱装置では、半導体ウエハを装置内に搬入し、リフターピンで保持した後、下側の加熱プレートの加熱面を、半導体ウエハと下面側とのが距離０．１ｍｍになる位置に配置し、上下の１５０℃に維持している加熱プレートにより、半導体ウエハの温度を、常温から１５０℃に加熱し、この温度で１２０秒間キープした。その後、下側の加熱プレートを可動プレートともに下降させ、続いて、冷却プレートを収納部から引き出し、半導体ウエハと加熱プレートとの間に介挿させ、さらに、半導体ウエハを冷却プレートと近接するように下降させ、半導体ウエハを５０℃まで冷却させ、この冷却に要した時間を測定した。ここで、冷却プレートと半導体ウエハとの距離は０．１ｍｍとしている。
また、上側の加熱プレートと半導体ウエハと冷却時の距離は、３０ｍｍである。
【０１３３】
また、比較例に係る半導体用加熱装置では、上記と同様に半導体ウエハを１５０℃まで加熱した後、１２０秒間キープし、その後、加熱プレートの通電を止め、下側の加熱プレートが半導体ウエハに近接した状態で、冷却プレートを下側の加熱プレートに接近させ、半導体ウエハと冷却プレートとの間に下側の加熱プレートが介挿された状態で、半導体ウエハを５０℃まで冷却させ、この冷却に要した時間を測定した。
上記評価において、測定された冷却時間は下記表１に示した通りである。
【０１３４】
【表１】
2006173495.tif 000003
【０１３５】
表１に示したように、実施例および参考例に係る半導体用加熱装置では、短時間で半導体ウエハを冷却することができたのに対し、比較例に係る半導体用加熱装置では、長時間を要していた。
また、参考例に係る半導体用加熱装置では、１分前後で半導体ウエハが冷却されているのに対し、実施例に係る半導体用加熱装置では、３０秒以内で半導体ウエハを冷却することができており、実施例に係る半導体用加熱装置、すなわち、冷却プレートのＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値がＮ５以下である半導体用加熱装置が望ましいことが明らかとなった。
さらに、複数のプレートからなる冷却プレートを用いた場合には、２０秒以内で半導体ウエハを冷却することができており、半導体用加熱装置としてより望ましいことが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１−１】本発明の半導体用加熱装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図１−２】本発明の半導体用加熱装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）は、冷媒管が形成された冷却プレートの一部を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す冷却プレートの一部の平面図である。
【図３】（ａ）は、冷媒管が形成された冷却プレートの一部を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す冷却プレートの一部の平面図である。
【図４】加熱プレートの製造方法の一例を説明するための模式図である。
【図５】加熱プレートの製造方法の一例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１００  半導体用加熱装置
１０２  上チャンバー
１０３  下チャンバー
１１０、１３０  加熱プレート
１１２  発熱体
１１６  リフターピン
１１９  半導体ウエハ
１５０  収納部
１５１  冷却プレート
１５１  スリット
【図１−１】
2006173495.tif 000004
【図１−２】
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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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