(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ウエハの加熱、冷却方法を提供すること。【解決手段】  下記（ａ）〜（ｄ）の操作工程を行うことを特徴とする半導体ウエハの加熱、冷却方法。（ａ）下加熱プレートを冷却プレートよりも半導体ウエハに接近させた状態で、上加熱プレートおよび下加熱プレートのうち、少なくとも下加熱プレートに電圧を印加する工程、（ｂ）上加熱プレートに電圧を印加した状態を維持するか、または、新たに上加熱プレートに電圧を印加し、さらに、別途下加熱プレートへの電圧の印加を停止する工程、（ｃ）下加熱プレートを半導体ウエハよりも冷却プレートに接近するように移動させる工程、および、（ｄ）上加熱プレートへの電圧の印加を停止するとともに、半導体ウエハを下加熱プレートおよび冷却プレートに接近するように移動させる工程。【選択図】    図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部で保持しつつ、前記半導体ウエハの上面側に上加熱プレートを、前記半導体ウエハの下面側に下加熱プレートをそれぞれ配置し、さらに、前記半導体ウエハと冷却プレートとの間に下加熱プレートが介在するように前記冷却プレートを配置した状態で行う半導体ウエハの加熱、冷却方法であって、
下記（ａ）〜（ｄ）の操作工程を行うことを特徴とする半導体ウエハの加熱、冷却方法。
（ａ）下加熱プレートを冷却プレートよりも半導体ウエハに接近させた状態で、上加熱プレートおよび下加熱プレートのうち、少なくとも下加熱プレートに電圧を印加する工程、
（ｂ）上加熱プレートに電圧を印加した状態を維持するか、または、新たに上加熱プレートに電圧を印加し、さらに、別途下加熱プレートへの電圧の印加を停止する工程、
（ｃ）下加熱プレートを半導体ウエハよりも冷却プレートに接近するように移動させる工程、および、
（ｄ）上加熱プレートへの電圧の印加を停止するとともに、半導体ウエハを下加熱プレートおよび冷却プレートに接近するように移動させる工程。
【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に記載の半導体ウエハの加熱、冷却方法。
【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に記載の半導体ウエハの加熱、冷却方法。
【請求項４】
半導体ウエハを保持する保持部と、前記半導体ウエハの上面側に配設された上加熱プレートと、前記半導体ウエハの下面側に配設された下加熱プレートと、前記半導体ウエハと冷却プレートとの間に下加熱プレートが介在するように配設された前記冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
前記保持部および前記下加熱プレートは、それぞれ独立して上下方向に移動可能であることを特徴とする半導体用加熱装置。
【請求項５】
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４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、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２１に基づく値がＮ５以下である請求項４または５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ウエハの加熱、冷却方法、および、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を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在しており、この加熱プレートは、半導体ウエハを一定温度で保持する際にも通電されている。そのため、加熱工程から冷却工程に移行する際には、この加熱プレートは高い温度を維持しており、この加熱プレートを半導体ウエハとともに冷却する必要があるため、冷却時間が長くなることは避けることができなかった。そして、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。
本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法は、半導体ウエハを保持部で保持しつつ、上記半導体ウエハの上面側に上加熱プレートを、上記半導体ウエハの下面側に下加熱プレートをそれぞれ配置し、さらに、上記半導体ウエハと冷却プレートとの間に下加熱プレートが介在するように上記冷却プレートを配置した状態で行う半導体ウエハの加熱、冷却方法であって、
下記（ａ）〜（ｄ）の操作工程を行うことを特徴とする。
（ａ）下加熱プレートを冷却プレートよりも半導体ウエハに接近させた状態で、上加熱プレートおよび下加熱プレートのうち、少なくとも下加熱プレートに電圧を印加する工程、
（ｂ）上加熱プレートに電圧を印加した状態を維持するか、または、新たに上加熱プレートに電圧を印加し、さらに、別途下加熱プレートへの電圧の印加を停止する工程、
（ｃ）下加熱プレートを半導体ウエハよりも冷却プレートに接近するように移動させる工程、および、
（ｄ）上加熱プレートへの電圧の印加を停止するとともに、半導体ウエハを下加熱プレートおよび冷却プレートに接近するように移動させる工程。
【０００８】
本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法において、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。
【０００９】
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、上記半導体ウエハの上面側に配設された上加熱プレートと、上記半導体ウエハの下面側に配設された下加熱プレートと、上記半導体ウエハと冷却プレートとの間に下加熱プレートが介在するように配設された上記冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
上記保持部および上記下加熱プレートは、それぞれ独立して上下方向に移動可能であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の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。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法では、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。
その理由について、簡単に説明しておく。
すなわち、本発明の加熱、冷却方法では、半導体ウエハを加熱後、一定温度で保持する際には、下加熱プレートへの通電を停止し、上加熱プレートにのみ電圧を印加することにより、半導体ウエハを一定温度で保持することとなる。そして、このとき、通電を停止した下加熱プレートを冷却プレートに接近させる、換言すれば、下加熱プレートを半導体ウエハから遠ざけることにより、半導体ウエハの温度を高温に維持した状態で、下加熱プレートの温度を冷却プレートの温度と略同一の温度まで下げることができる。
そして、その後、半導体ウエハを冷却するために、半導体ウエハを下加熱プレートおよび冷却プレートに接近させた際には、下加熱プレートの温度が低下しているので、半導体ウエハのみを冷却すればよく、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。
【００１２】
また、本発明の半導体用加熱装置は、上述した本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法に好適に用いることができ、本発明の半導体用加熱装置を用いることにより、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法について説明する。
本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法は、半導体ウエハを保持部で保持しつつ、上記半導体ウエハの上面側に上加熱プレートを、上記半導体ウエハの下面側に下加熱プレートをそれぞれ配置し、さらに、上記半導体ウエハと冷却プレートとの間に下加熱プレートが介在するように上記冷却プレートを配置した状態で行う半導体ウエハの加熱、冷却方法であって、
下記（ａ）〜（ｄ）の操作工程を行うことを特徴とする。
（ａ）下加熱プレートを冷却プレートよりも半導体ウエハに接近させた状態で、上加熱プレートおよび下加熱プレートのうち、少なくとも下加熱プレートに電圧を印加する工程、
（ｂ）上加熱プレートに電圧を印加した状態を維持するか、または、新たに上加熱プレートに電圧を印加し、さらに、別途下加熱プレートへの電圧の印加を停止する工程、
（ｃ）下加熱プレートを半導体ウエハよりも冷却プレートに接近するように移動させる工程、および、
（ｄ）半導体ウエハを下加熱プレートおよび冷却プレートに接近するように移動させる工程。
【００１４】
以下、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法を説明するための模式図である。
【００１５】
上記半導体ウエハの加熱、冷却方法は、半導体ウエハ１１９をリフターピン１１６で保持しつつ、半導体ウエハ１１９の上面側に上加熱プレート１３０を、半導体ウエハ１１９の下面側に下加熱プレート１１０をそれぞれ配置し、さらに、半導体ウエハ１１９と冷却プレート１５１との間に下加熱プレート１１０が介在するように冷却プレート１５１を配置した状態で行う（図１（ａ）〜（ｃ）参照）。なお、リフターピン１１６は、半導体ウエハ１１９を保持する保持部として機能する。
【００１６】
上記半導体ウエハの加熱、冷却方法では、まず、上記（ａ）の工程を行う（図１（ａ）参照）。
すなわち、半導体ウエハ１１９をリフターピン１１６で保持し、下加熱プレート１１０を冷却プレート１５１よりも、半導体ウエハに接近させた状態から出発し、まず、上加熱プレート１１０および下加熱プレート１３０のうち、少なくとも下加熱プレート１３０に電圧を印加する。すなわち、ここでは、上加熱プレート１１０および下加熱プレート１３０の両者に電圧を印加するか、または、下加熱プレートにのみ電圧を印加する。
これにより、半導体ウエハを所定の温度（例えば、１５０〜２５０℃）まで加熱するができるのである。
また、ここでは、断続的に電圧を印加し、半導体ウエハを序々に加熱してもよい。
【００１７】
次に、上記（ｂ）の工程を行う（図１（ａ）参照）。
すなわち、上加熱プレート１３０に電圧を印加した状態を維持するか、または、新たに上加熱プレート１３０に電圧を印加し、さらに、別途下加熱プレート１１０への電圧の印加を停止する。従って、上加熱プレート１３０および下加熱プレート１１０の両方に既に電圧が印加されていた場合には、下加熱プレートへの電圧の印加を停止すればよく、また、下加熱プレート１１０にのみ電圧が印加されていた場合には、下加熱プレート１１０への電圧の印加を停止し、別途、上加熱プレート１３０に電圧を印加すればよい。
本工程は、上記（ａ）の工程で、半導体ウエハ１１９を所定の温度まで、加熱した後に行う。
これにより、所定の温度まで、昇温した半導体ウエハ１１９の温度を、その温度で維持することができる。
なお、本工程において、上加熱プレートへの電圧の印加を開始し、下加熱プレートへの電圧の印加を停止する場合、両者のタイミングは、同時であってもよいし、上加熱プレートへの電圧の印加を開始した後、下加熱プレートへの電圧の印加を停止してもよいし、下加熱プレートへの電圧の印加を停止した後、上加熱プレートへの電圧の印加を開始してもよい。
【００１８】
次に、上記（ｃ）の工程を行う（図１（ｂ）参照）。
すなわち、下加熱プレート１１０を半導体ウエハ１１９よりも冷却プレート１５１に接近するように移動させる。
このとき下加熱プレート１１０は、電圧の印加が停止された状態にあるものの、直前まで電圧が印加されていたため、下加熱プレート１１０自体は加熱温度付近の温度を有している。一方、冷却プレート１５１は、低温（例えば、２０℃程度）に維持されている。
そして、下加熱プレート１１０を冷却プレート１５１に接近させると、下加熱プレート１１０には、電圧が印加されていないため、冷却プレート１５１と略同程度まで下加熱プレート１１０の温度が低下することとなる。
図１（ｂ）に示した態様では、下加熱プレート１１０をこれを支持する支持ピン１２２および支持ピン１２２が固定された可動プレート１２１とともに、移動させることとなる。
なお、この工程において、半導体ウエハ１１９の温度は、所定の温度に維持されており、この温度維持は、上加熱プレート１３０による加熱で行うことができる。したがって、半導体ウエ１１９の温度調整は、必要に応じて、上加熱プレート１３０への電圧の印加を一時的に停止したり、印加電圧の大きさを調節したりすることで行うことができるのである。
このような（ａ）〜（ｃ）の工程を経ることにより、半導体ウエハを加熱処理することができる。
【００１９】
次に、上記（ｄ）の工程を行う（図１（ｃ）参照）。
すなわち、上加熱プレート１３０への電圧の印加を停止するとともに、半導体ウエハ１１９を下加熱プレート１１０および冷却プレート１５１に接近するように移動させる。
この工程では、必要に応じて、上加熱プレート１３０への電圧の印加を停止することにより、半導体ウエハの加熱処理を終了する。
そして、半導体ウエハ１１９を下加熱プレート１１０および冷却プレート１５１に接近するように移動させることにより、この時点で、冷却プレート１５１は勿論のこと、下加熱プレート１１０も低温状態にあるため、半導体ウエハ１１９を所定の温度まで冷却することができるのである。
図１（ｃ）に示した態様では、半導体ウエハ１１９をこれを支持するリフターピン１１６およびリフターピン１１６が固定された可動プレート１２４とともに、移動させることとなる。
【００２０】
また、この工程では、上加熱プレート１３０への電圧の印加を停止した後、この上加熱プレートを半導体ウエハから離す方向（図１では、上方向）へ移動させてもよい。
上加熱プレート１３０自体は、電圧の印加を停止しても、その直前まで電圧を印加し続けていたのであれば、加熱温度付近の温度を有している。そのため、半導体ウエハを冷却する際に、上加熱プレート１３０を半導体ウエハ１１９から離して位置させたほうが半導体ウエハの冷却効率の向上に繋がるからである。
この（ｄ）の工程を経ることにより、半導体ウエハを冷却処理することができるのである。
【００２１】
このような工程を経ることにより、半導体ウエハの加熱、冷却処理を行うことができるのである。
また、上述した方法で半導体ウエハの加熱、冷却処理を行う際には、全処理工程を通して、上加熱プレート１３０と半導体ウエハ１１９との間隙にエアーを流し続けてもよい。これにより、半導体ウエハの上面（加工面）にパーティクル等が付着することを防止することができるからである。
【００２２】
次に、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法で用いる部材について説明しておく。
まず、上加熱プレートおよび下加熱プレートについて説明する。
上加熱プレートおよび下加熱プレートのそれぞれは、略同一の構成を有するものを用いることができる。従って、ここでは、両者を区別することなく、単に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。
【００２３】
具体的には、例えば、図２に示したようなセラミックヒータを用いることができる。
図２は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法に用いるセラミックヒータであって、セラミック基板の表面に発熱体が形成されたセラミックヒータの平面図である。
【００２４】
図２に示すように、セラミック基板１１は、円板状に形成されており、このセラミック基板１１の底面（加熱面と反対側の面）１１ｂには、同心円形状からなる複数の発熱体１２が形成されている。これら発熱体１２は、互いに近い二重の同心円同士が一組の回路として、一本の線になるように形成され、これらの回路を組み合わせて、加熱面１１ａ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１２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１３が金属被覆層１２ａを介して接続されている。なお、金属被覆層１２ａは、必要に応じて形成されていればよい。
また、中央に近い部分には、半導体ウエハ１９を支持するリフターピンを挿入するための貫通孔１５が形成され、さらに、溝部１７内には、測温素子１８を挿入するための有底孔１４が形成されている。
【００２５】
また、セラミック基板１１に貫通孔や凹部を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状または半球状の支持ピンを挿入した後、支持ピンをセラミック基板１１よりわずかに突出させた状態で固定し、この支持ピンでシリコンウエハ１９を支持することにより、加熱面１１ａから５０〜２０００μｍ離間させた状態で加熱することができるようにしてもよい。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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４（ｄ）参照）。
【００３８】
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。
【００３９】
また、上記セラミックヒータにおける発熱体のパターンは、図２に示したようなパターンに限定されるわけではなく、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
なお、上加熱プレートおよび下加熱プレートとしては、ともに上述した構成を有するものを用いることができるが、両者の形状は、必ずしも同一である必要はなく、例えば、上加熱プレートと下加熱プレートとで、その厚さが異なったり、発熱体のパターンが異なったりしてもよい。勿論、両者の形状が同一であってもよい。
【００６６】
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３を参照しながら説明する。図３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。
【００６７】
（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。
【００６８】
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。
【００６９】
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３（ａ）参照）。
【００７０】
（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。
【００７１】
（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３（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。
【００７２】
（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３（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。
【００７３】
（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３（ｄ）参照）。
【００７４】
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４を参照しながら説明する。図４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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
（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。
【００７８】
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。
【００７９】
（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４（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。
【００８０】
（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４（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。
【００８１】
（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４（ｃ）参照）。
【００８２】
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。
【００８３】
（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４（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。
【００８４】
次に、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、半導体ウエハを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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
また、上記冷却プレートの大きさは、その外縁が下加熱プレートの外縁より若干（例えば、１０ｍｍ程度）大きいことが望ましい。
この場合、下加熱プレートを短時間で、確実に冷却することができるからである。
【００８８】
また、上記冷却プレートには、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５および図６のそれぞれ（ａ）、（ｂ）は、冷媒管が形成された冷却プレートを模式的に示す側面図および平面図である。
【００８９】
図５に示すように、冷却プレート１５１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、この冷媒管内に空気やガス等の冷媒を流すことにより、下加熱プレートおよび半導体ウエハを効率良く冷却することができる。
また、冷却プレート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。
【００９０】
また、冷却プレートに冷媒管を配設する場合、その冷媒管は、図６に示すように、冷却プレート２５１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、下加熱プレートおよび半導体ウエハを効率良く冷却することができる。
【００９１】
また、冷却プレートの下加熱プレートと対向する面（図１中、上面）には、下加熱プレートの底面との密着を避けるべく、スペーサとして機能する支持ピン等が形成されていてもよい。
下加熱プレートの底面に発熱体が形成されている場合には、両者が密着することにより発熱体が損傷するおそれ等がある。
勿論、上記したような損傷のおそれは、設計により対応することもできる。
【００９２】
このような本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法は、例えば、後述する本発明の半導体用加熱装置を用いることにより好適に実施することができる。
【００９３】
次に、本発明の半導体用加熱装置について説明する。
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、上記半導体ウエハの上面側に配設された上加熱プレートと、上記半導体ウエハの下面側に配設された下加熱プレートと、上記半導体ウエハと冷却プレートとの間に下加熱プレートが介在するように配設された上記冷却プレートとを備えた半導体用加熱装置であって、
上記保持部および上記下加熱プレートは、それぞれ独立して上下方向に移動可能であることを特徴とする。
【００９４】
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７−１〜３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る。
また、図７−１は本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法の（ａ）、（ｂ）の工程に、図７−２は同（ｃ）の工程に、図７−３は同（ｄ）の工程にそれぞれ対応している。
【００９５】
図７−１〜３に示すように、本発明の半導体用加熱装置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、上チャンバー１０２内に収納された上加熱プレート１３０と、下チャンバー１０３内に収納された下加熱プレート１１０および冷却プレート１５１とから構成されている。そして、下加熱プレート１１０および上加熱プレート１３０のそれぞれは、チャンバー内に水平状態で配設されており、冷却プレート１５１は、下チャンバー１０３に水平状態で固定されている。
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。
【００９６】
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、エアーの圧力で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。
【００９７】
さらに、下チャンバー内には、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に固定され、この可動プレート１２４はエアシリンダに固定されている。ここで、可動プレート１２４が固定されたエアシリンダは、図示していないが、下加熱プレート１１０等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および可動プレート１２４も上下動させることができる。
そして、このような構成をとることにより、上加熱プレートおよび下加熱プレートは、それぞれ独立して上下方向に移動可能となる。
なお、加熱プレート１１０を作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。
【００９８】
下加熱プレート１１０は、既に説明した半導体ウエハの加熱、冷却方法で使用する下加熱プレートと同様のものであり、対向する側と反対側の面（底面）１１０ｂに、同心円形状からなる複数の発熱体が形成されている（図２（ａ）参照）。これら発熱体は、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との接続部が形成されている（図２（ｂ）参照）。
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、有底孔が形成されている。なお、有底孔には、図示してないが、測温素子が取り付けられている（図２（ｂ）参照）。
【００９９】
また、上加熱プレート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、下加熱プレート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。
また、図７−１〜３に記載に記載した半導体用加熱装置では、上加熱プレート１３０は、上チャンバーに固定された態様を有しているが、本発明の半導体用加熱装置において、上加熱プレートは、上下動可能に配設されていてもよい。この場合、上加熱プレートを上下動させる機構としては、例えば、下加熱プレートを上下動させる機構と同様の機構を用いることができ，可動プレートやエアシリンダ等は配線収納部１３１内等に収納されていればよい。
【０１００】
さらに、下チャンバー１０３の中程には、側面が固定されて冷却プレート１５１が配設されている。そして、冷却プレートには、支持ピン１２２やリフターピン１１６が貫通するための貫通孔が形成されている。
この冷却プレート１５１の材質等は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法で既に説明した通りである。
また、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法で既に説明したように、加熱プレート１５１には、水やガス等の冷媒を流すための冷媒管が形成されていてもよい。
【０１０１】
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１１６を上下動させるために、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。
【０１０２】
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。
ここでは、本発明の半導体用加熱装置を用いた、半導体ウエハの加熱、冷却方法について説明するが、加熱、冷却方法自体は、既に、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法で説明した通りであるので、ここでは、半導体用加熱装置の構成部材の動きを中心に説明する。半導体用加熱装置１００を使用する場合、まず、半導体ウエハ１１９をウエハ出入口１０３ａ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とともにした加熱プレート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７−１参照）。半導体ウエハの搬入は、例えば、ロボットアームによる搬入等、従来公知の方法で行うことができる。また、下加熱プレート１１０は、予め、所定の位置まで、上昇させておいてもよい。
【０１０３】
そして、下加熱プレート１１０および上加熱プレート１３０、または、下加熱プレート１１０のみに電圧を印加し、発熱体を発熱させることにより、半導体ウエハ１１９の加熱処理を行う（図７−１参照）。
このとき、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。
このような操作は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法にいう（ａ）の工程に対応する。
【０１０４】
次に、上加熱プレート１３０に電圧を印加した状態を維持するか、または、新たに上加熱プレート１３０に電圧を印加し、さらに、別途下加熱プレート１１０への電圧の印加を停止する。従って、上加熱プレート１３０および下加熱プレート１１０の両方に既に電圧が印加されていた場合には、下加熱プレート１１０への電圧の印加を停止すればよく、また、下加熱プレート１１０にのみ電圧が印加されていた場合には、下加熱プレート１１０への電圧の印加を停止し、別途、上加熱プレート１３０に電圧を印加すればよい。
これにより、半導体ウエハの温度を一定温度に維持することができる（図７−１参照）。
なお、半導体ウエハの温度を一定に維持すべく、上加熱プレートへ印加する電圧は調整すればよく、また、上加熱プレートに断続的に電圧を印加してもよい。また、上加熱プレートへの電圧の印加を開始し、下加熱プレートへの電圧の印加を停止する場合には、両者のタイミングは、同時であってもよいし、上加熱プレートへの電圧の印加を開始した後、下加熱プレートへの電圧の印加を停止してもよいし、下加熱プレートへの電圧の印加を停止した後、上加熱プレートへの電圧の印加を開始してもよい。
このような操作は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法にいう（ｂ）の工程に対応する。
【０１０５】
次に、電圧の印加を停止した下加熱プレート１１０を可動プレート１２１および支持ピン１２２とともに下降させ、下加熱プレートを冷却プレート１５１に接近させる。下加熱プレート１１０等の下降は、エアシリンダ１２３を駆動させることにより行えばよい。
これにより、下加熱プレート１１０の温度を冷却プレート１５１の温度と同程度まで低下させることができる。また、冷却プレート１５１内に水やガス等の冷媒を流している場合には、より短時間で下加熱プレート１１０の温度を低下させることができる（図７−２参照）。
このような操作は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法にいう（ｃ）の工程に対応する。また、ここまでの処理により、半導体ウエハに加熱処理を施すことができる。
【０１０６】
次に、半導体ウエハ１１９を可動プレート１２４およびリフターピン１１６とともに下降させ、半導体ウエハ１１９を下加熱プレート１１０に接近させる。
これにより、半導体ウエハ１１９を冷却することができる。そして、このように半導体ウエハを下降させた際には、下加熱プレート１１０は、冷却プレート１５１と略同程度の温度であるため、短時間で半導体ウエハ１１９を冷却することができるのである（図７−３参照）。
このような操作は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法にいう（ｄ）の工程に対応する。
なお、このとき上加熱プレート１３０には、電圧を印加したままであっても良いし、電圧の印加を停止してもよい。
【０１０７】
また、上述した一連の操作において、冷却プレートに水やガス等の冷媒を流す場合、冷却処理時にのみ冷媒を流しても良いし、加熱処理時および冷却処理時の両方で冷媒を流してもよい。
このような一連の操作により、半導体ウエハに加熱、冷却処理を施すことができるのである。
【実施例】
【０１０８】
（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。
【０１０９】
（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。
【０１１０】
（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（図３（ａ）参照）。
【０１１１】
（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。
【０１１２】
（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１２を形成した（図３（ｂ）参照）。
【０１１３】
（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）１２ａを析出させた（図３（ｃ）参照）。
【０１１４】
（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３（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。
【０１１５】
Ｂ．冷却プレートの作製
（１）銅板（圧延銅箔）切断して、長さ４８０ｍｍ、幅３５０ｍｍに切断された厚さ１０ｍｍの銅板を作製し、この銅板に、その側面から貫通する貫通孔（開口径：５ｍｍ）を８箇所、等間隔で形成した。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、冷媒管とした。
なお、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。
【０１１６】
Ｃ．半導体用加熱装置の組立て
予め、配線、シリンダ、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７−１〜３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。
【０１１７】
Ｄ．加熱、冷却性能の評価
（1）まず、上記Ｃの工程で組立てた半導体用加熱装置に、半導体ウエハを搬入し、この半導体ウエハをリフターピンで支持する。そして、下加熱プレートを半導体ウエハとの距離（半導体ウエハの下面と下加熱プレートの加熱面との距離）が０．１ｍｍとなるように位置させる。
なお、上加熱プレートと半導体ウエハとの距離は、３ｍｍである。
【０１１８】
（２）次に、上加熱プレートおよび下加熱プレートの両方に電圧を印加し、半導体ウエハの温度が１５０℃になるまで加熱する。
そして、半導体ウエハが１５０℃まで昇温したら、下加熱プレートへの電圧の印加を停止する。なお、上加熱プレートには、半導体ウエハが１５０℃を維持するように電圧を印加する（図７−１参照）。
【０１１９】
（３）次に、電圧の印加を停止した下加熱プレートを下降させ、冷却プレートに近接させた（図７−２参照）。
このとき、冷却プレートと下加熱プレートとの距離は、１ｍｍであり、下加熱プレートと半導体ウエハとの距離は、２０ｍｍである。
【０１２０】
（４）そして、上記（２）の工程で、昇温した半導体ウエハを１５０℃で１２０秒間維持した後、上加熱プレートへの電圧の印加を停止し、さらに、半導体ウエハを下降させ、下加熱プレートに近接させた（図７−３参照）。
このとき、半導体ウエハと下加熱プレートとの距離は、０．１ｍｍである。
そして、半導体ウエハを下降させてから、半導体ウエハの温度が５０℃に低下するまでの時間を測定した。結果を表１に示した。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
（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。
【０１２３】
（実施例２−１）
実施例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。
その後、実施例１のＤの工程と同様にして、加熱、冷却性能を評価した。結果を表１に示した。
【０１２４】
（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。
【０１２５】
（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。
【０１２６】
（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。
その後、実施例１のＤの工程と同様にして、加熱、冷却性能を評価した。結果を表１に示した。
【０１２７】
（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。
【０１２８】
（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。
【０１２９】
（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）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。
その後、実施例１のＤの工程と同様にして、加熱、冷却性能を評価した。結果を表１に示した。
【０１３０】
（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。
【０１３１】
（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。
【０１３２】
（比較例１）
実施例１のＡ〜Ｃの工程と同様にして半導体用加熱装置を組立てた後、実施例１のＤの工程において、（３）の工程で下加熱プレートを下降させず、（４）の工程で半導体ウエハを下降させなかった以外は、実施例１のＤの工程と同様にして、加熱、冷却性能を評価した。結果を表１に示した。
【０１３３】
【表１】
2006173496.tif 000003
【０１３４】
これらの評価結果から明らかなように、実施例に係る半導体ウエハの加熱、冷却方法では、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、比較例に係る導体ウエハの加熱、冷却方法では、半導体ウエハの冷却に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。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法を説明するための模式図である。
【図２】（ａ）は、本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法で用いる加熱プレートの一例を示す平面図であり、（ｂ）は、その断面図である。
【図３】本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法で用いる加熱プレートの製造方法の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の半導体ウエハの加熱、冷却方法で用いる加熱プレートの製造方法の別の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、冷媒管が形成された冷却プレート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平面図である。
【図６】（ａ）は、冷媒管が形成された冷却プレート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平面図である。
【図７−１】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７−２】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７−３】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。
【符号の説明】
【０１３６】
１００  半導体用加熱装置
１０２  上チャンバー
１０３  下チャンバー
１１０  下加熱プレート
１３０  上加熱プレート
１１６  リフターピン
１１９  半導体ウエハ
１５１  冷却プレート
【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】
2006173496.tif 000008
【図６】
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【図７−１】
2006173496.tif 000010
【図７−２】
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【図７−３】
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