(57)【要約】【課題】  従来のウェハ加熱装置では、ヒータ部に冷却ガスを供給しても、冷却ガスの供給量を大幅に増加することは難しいため、３００ｍｍ以上の大型のウェハを加熱する場合にヒータ部を短時間で冷却することができないという問題があった。【解決手段】  板状体２の一方の主面に絶縁層１４を備え、絶縁層１４の上に帯状の抵抗発熱体５を備え、他方の主面にウェハＷを載せる載置面３を備えたヒータ部と、抵抗発熱体５に電力を供給する給電端子１１と、給電端子１１を包むように板状体２と接続したケース１９とを有するとともに、ケース１９にヒータ部を冷却するノズル２４と開口部２３とを備え、載置面３への投影面から見て、ノズル２４の先端が抵抗発熱体５の間に位置するウェハ加熱装置１である。ヒータ部の冷却時間を短くすることができ、ウェハの冷却時間を短くすることができるので、半導体製造工程におけるウェハ処理時間を短縮させることができる。【選択図】  図１
2006332410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状体の一方の主面に絶縁層を備え、該絶縁層の上に帯状の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたヒータ部と、上記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように板状体と接続したケースとを有するとともに、該ケースに上記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、上記載置面への投影面から見て、上記ノズルの先端が上記抵抗発熱体の間に位置することを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
板状体の一方の主面に絶縁層を備え、該絶縁層の上に複数の帯状の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたヒータ部と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように板状体と接続したケースとを有するとともに、該ケースに上記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、上記載置面への投影面から見て、上記抵抗発熱体は略同一の幅を有する円弧状の帯と折り返し帯とを連続させて略同心円状に配設され、上記ノズルの先端が上記複数の抵抗発熱体の間に位置することを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項３】
上記帯状の抵抗発熱体の上面の全てまたは一部に絶縁層を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ加熱装置。
【請求項４】
上記複数の帯状の抵抗発熱体は、上記板状体の中心部に備えた円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側の同心円の２つまたは３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンとからなることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項５】
上記円環状の抵抗発熱体ゾーンのうち、最も外側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を４等分した４個の扇状であり、その内側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状であることを特徴とする請求項４に記載のウェハ加熱装置。
【請求項６】
上記中心部に備えた円形の抵抗発熱体ゾーンまたはその外側の同心円の円環状の抵抗発熱体ゾーンと、上記円形の抵抗発熱体ゾーンまたは上記円環状の抵抗発熱体ゾーンの外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンとの間隔Ｓ２と、上記外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンと最も外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンとの間隔Ｓ３とを備え、該間隔Ｓ３が上記間隔Ｓ２より大きいことを特徴とする請求項４または５に記載のウェハ加熱装置。
【請求項７】
上記載置面への投影面から見て、上記最も外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンとその内側の抵抗発熱体ゾーンとの間に上記ノズルの先端を複数個備えていることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項８】
上記絶縁層および／または上記抵抗発熱体の表面が凹凸面であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項９】
上記凹凸面は略格子状の溝であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載のウェハ加熱装置を用いた半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、半導体の製造用や検査用装置として用いられるウェハ加熱装置およびそれを用いた半導体製造装置に関するものであり、例えば、半導体ウェハや液晶基板あるいは回路基板等のウェハ上に半導体薄膜を生成したり、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したりするのに好適なものである。
【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）を加熱するためのウェハ加熱装置が用いられている。
【０００３】
そして、温度制御性に優れ、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるのに伴い、セラミック製のウェハ加熱装置が広く使用されている。
【０００４】
このようなセラミック製のウェハ加熱装置として、例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３や特許文献４には、図９に示すようなセラミック製のウェハ加熱装置７１が提案されている。
【０００５】
このセラミック製のウェハ加熱装置７１は、板状セラミック体７２，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セラミック体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を載せる載置面７３とするとともに、板状セラミック体７２の下面に、例えば図１０に示すような同心円状の抵抗発熱体７５を備えたヒータ部からなっていた。
【０００６】
さらに、抵抗発熱体７５の端子部には、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。
【０００７】
そして、板状セラミック体７２とケース７９で囲まれた空間内にノズル８２より冷媒を送り、循環させ排出口８３より排出することによりヒータ部を冷却するようになっていた。
【０００８】
ところで、このようなセラミック製のウェハ加熱装置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にはウェハ面内の温度差を小さくして温度分布を均一にすることが重要であり、同時にウェハを加熱・冷却する際の時間が短いことが求められている。さらに、ウェハの加熱温度を変更するためにセラミックヒータ７１の設定温度を変更する必要があり、セラミック製のウェハ加熱装置７１を短時間に昇温したり冷却したりする時間が短い必要があった。
【０００９】
特許文献５には、図９に示すように、ケース７９の底部７９ａの面粗度を一定の値以下とすると冷媒が底部７９ａとの界面で気流の乱れがなくなり昇温効率や冷却効率を向上させることができると提案されている。
【００１０】
また、特許文献６には、上記のセラミック製のウェハ加熱装置７１の熱容量を５０００Ｊ／Ｋ以下として、ウェハの昇温速度や冷却速度を高めているものが提案されている。しかし、ケース７９の熱容量は板状セラミック体７３の熱容量の３．３倍以上と大きく、また、ケース７９の表面積Ｓとケース７９の体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５（１／ｃｍ）を下回ることから冷却時間が長かった。
【００１１】
しかし、いずれもウェハの設定加熱温度を変更する時間は長く、短時間で温度変更できるセラミックヒータが求められていた。
【００１２】
また、特許文献８には、ケース内に強制冷却用のノズルと開口部とを備え、ノズルから冷媒を供給し、上記ヒータ部を強制冷却する方法が記載されている。
【００１３】
ところで、このようなセラミックヒータ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したりするためには、ウェハの温度分布を均一にすることが重要である。そのため、これまでウェハの温度分布を小さくするため、帯状の抵抗発熱体７５の抵抗分布を調整することや、帯状の抵抗発熱体７５の温度を分割制御することが行なわれており、また、熱引きを発生し易い構造の場合、その周囲の発熱量を増大させる等の提案がされていた。
【００１４】
しかし、いずれも非常に複雑な構造、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均一に加熱できるようなセラミックヒータが求められている。
【特許文献１】特開２００１−１３５６８４号公報
【特許文献２】特開２００１−２０３１５６号公報
【特許文献３】特開２００１−３１３２４９号公報
【特許文献４】特開２００２−７６１０２号公報
【特許文献５】特開２００２−８３８４８号公報
【特許文献６】特開２００２−１００４６２号公報
【特許文献７】特開２００２−６４１３３号公報
【特許文献８】特開２００４−０６３８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記のウェハ加熱装置では、ヒータ部に冷媒を供給しても、冷媒の供給量を大幅に増加することは難しいため、３００ｍｍ以上の大型のウェハを加熱するウェハ加熱装置のヒータ部を短時間で冷却することができないという問題があった。
【００１６】
さらに、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、ウェハの面内温度差が小さく、繰り返し加熱冷却してもウェハ面内温度差が大きくならないことが望まれている。
【００１７】
また、板状セラミック体と抵抗発熱体との間に形成される絶縁層においては、その構成材料の違いから、相互の熱膨張差のために、板状体に対する抵抗発熱体および絶縁層の密着強度が弱く、特に昇降温を繰り返したり、冷却ガスをノズルより排出させると、抵抗発熱体や絶縁層が剥離したりクラック等の損傷が発生するといった問題があった。
【００１８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、抵抗発熱体を有する板状体からなるヒータ部の冷却速度を向上させることで急速冷却が可能なウェハ加熱装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のウェハ加熱装置は、板状体の一方の主面に絶縁層を備え、該絶縁層の上に帯状の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたヒータ部と、上記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように板状体と接続したケースとを有するとともに、該ケースに上記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、上記載置面への投影面から見て、上記ノズルの先端が上記抵抗発熱体の間に位置することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明のウェハ加熱装置は、板状体の一方の主面に絶縁層を備え、該絶縁層の上に複数の帯状の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたヒータ部と、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電端子と、該給電端子を包むように板状体と接続したケースとを有するとともに、該ケースに上記ヒータ部を冷却するノズルと開口部とを備え、上記載置面への投影面から見て、上記抵抗発熱体は略同一の幅を有する円弧状の帯と折り返し帯とを連続させて略同心円状に配設され、上記ノズルの先端が上記複数の抵抗発熱体の間に位置することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記各構成において、上記帯状の抵抗発熱体の上面の全てまたは一部に絶縁層を設けたことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記各構成において、上記複数の帯状の抵抗発熱体は、上記板状体の中心部に備えた円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側の同心円の２つまたは３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンとからなることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記構成において、上記円環状の抵抗発熱体ゾーンのうち、最も外側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を４等分した４個の扇状であり、その内側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状であることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記各構成において、上記中心部に備えた円形の抵抗発熱体ゾーンまたはその外側の同心円の円環状の抵抗発熱体ゾーンと、上記円形の抵抗発熱体ゾーンまたは上記円環状の抵抗発熱体ゾーンの外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンとの間隔Ｓ２と、上記外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンと最も外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンとの間隔Ｓ３とを備え、該間隔Ｓ３が上記間隔Ｓ２より大きいことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記各構成において、上記載置面への投影面から見て、上記最も外側の円環状の抵抗発熱体ゾーンとその内側の抵抗発熱体ゾーンとの間に上記ノズルの先端を複数個備えていることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記各構成において、上記絶縁層および／または抵抗発熱体の表面が凹凸面であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のウェハ加熱装置は、上記各構成において、上記凹凸面は略格子状の溝であることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明の半導体製造装置は、上記各構成の本発明のウェハ加熱装置を用いたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のウェハ加熱装置によれば、ヒータ部を冷却するノズルの先端が抵抗発熱体の間に位置することから、ノズルからの冷却ガスによって板状体を効率良く急速に冷却することができるので、ヒータ部の冷却時間を短くすることができ、ウェハの冷却時間を短くすることができる。そして、半導体製造工程におけるウェハ処理時間を短縮させることができるので、半導体素子を効率良く量産できる。
【００３０】
また、本発明のウェハ加熱装置によれば、抵抗発熱体が略同一の幅を有する円弧状の帯と折り返し帯とを連続させて略同心円状に配置されていることから、載置面を一様に加熱できるので、ウェハ面内の温度差が小さく耐久性の優れたウェハ加熱装置が得られる。
【００３１】
また、本発明のウェハ加熱装置によれば、絶縁層および／または抵抗発熱体の表面を凹凸面とすることによって、この凹凸面と外部熱媒体である空気等の冷却ガスとの熱交換が容易となるので、熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体の劣化損傷を抑えることができるとともに、ヒータ部を急速冷却することができる。そして信頼性の高いウェハ加熱装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１（ａ）は本発明のウェハ加熱装置１の例を示す断面図であり、図１（ｂ）はその上面図である。本発明のウェハ加熱装置１は、熱伝導率の大きな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の他方の主面をウェハＷを載せる載置面３とするとともに、一方の主面に絶縁層１４を備え、該絶縁層１４の上に帯状の抵抗発熱体５とその両端に給電部６を形成したヒータ部７を備えている。また、ヒータ部７の給電部６には給電端子１１が接続されている。そして、給電端子１１を覆うように金属製のケース１９が断熱部材１７を介して板状体２の一方の主面に接続されている。
【００３３】
また、ウェハリフトピン２５は、板状セラミック体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を載置面３に載せたり持ち上げたりすることができる。
【００３４】
絶縁層１４には、板状体２との密着性の優れたガラスや樹脂等の絶縁性材料を使うことができる。
【００３５】
抵抗発熱体５は、導体成分として、耐熱性および耐酸化性が良好な貴金属、もしくはこれらの合金を主成分とするものを使用することが好ましい。抵抗発熱体５としては、絶縁層１４との密着性および抵抗発熱体５自体の焼結性を向上させるために、３０〜７５重量％のガラス成分を混合することが好ましく、抵抗発熱体５の熱伝導率は板状体２の熱伝導率に比べ小さくなっている。
【００３６】
図２は本発明のウェハ加熱装置の例における抵抗発熱体５の形状を示す正面図である。また、図３は図２の各抵抗発熱体５を囲む抵抗発熱体ゾーン４を示す概略図であり、図３（ａ）は抵抗発熱体ゾーンを示す概略図であり、図３（ｂ）は環状の抵抗発熱体ゾーンを部活した一例を示す概略図である。この抵抗発熱体５では、図２および図３（ａ）に示すように、略同一の幅を有する円弧状の帯５１と折り返し帯５２とを連続させて略同心円状に配設した抵抗発熱体５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈを囲む抵抗発熱体ゾーン４ｅｈを備え、その中に同様に円環状の複数の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄ，４ｂ，４ａを備えている。なお、ゾーン４ａと４ｂとは連続した一つの円形のゾーンとしてもよい。そして、これらの抵抗発熱体ゾーンの抵抗発熱体５は独立して加熱できることから、ウェハＷの面内温度を精密に制御して面内温度差を小さくすることができる。また、抵抗発熱体５の形状としては、図８に正面図で示すような円弧状の帯５１と折り返し直線状の帯５２とからなる略同心円状をしたものや、渦巻き状のものなど、載置面３を均一に加熱できる形状であれば種々の形状としてよい。
【００３７】
抵抗発熱体５には、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ），パラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）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を不図示の弾性体により押圧して接触させることにより、導通が確保されている。また、給電端子１１は半田付けやロウ付けなどにより抵抗発熱体５に直接接合されていてもよい。
【００３８】
金属製のケース１９は、側壁部２２とベースプレート２１を有し、板状体２はそのベースプレート２１に対向してケース１９の上部の開口側を覆うように設置してある。また、ベースプレート２１には冷却ガスを排出するための開口部２３が施されており、給電部６に導通する給電端子１１，ヒータ部７を冷却するためのノズル２４，ヒータ部７の温度を測定するための複数の温度センサー２７が設けられている。
【００３９】
また、板状体２とケース１９の周辺部とにボルトを貫通させ、板状体２とケース１９とが直接当たらないように、断熱部材１７を介在させてナットを螺着することにより固定している。
【００４０】
そして、抵抗発熱体５に通電して載置面３を加熱することによって、ウェハＷを均一に加熱することができる。そして、通電を停止するとともにノズル２４より冷却ガスを送ることによって、ヒータ部７を急速に冷却することができる。
【００４１】
本発明のウェハ加熱装置１は、上記載置面３への投影面から見て、上記ノズル２４の先端２４ａが上記抵抗発熱体５の間に位置することが好ましい。抵抗発熱体５の間の表面は、絶縁層１４から板状体２への熱伝達が容易であるので、上記ノズル２４の先端２４ａが上記抵抗発熱体５の間に位置することで、ノズル２４から噴射された空気等の冷却ガスが絶縁層１４の表面に確実に当たり、絶縁層１４の表面を介して板状体２の熱を効率よく冷却ガスに伝えることができることから、板状体２を含むヒータ部７を短時間に冷却することができる。
【００４２】
さらに、本発明のウェハ加熱装置１は、載置面３への投影面から見て、複数の帯状の抵抗発熱体２が略同一の幅を有する円弧状の帯５１と折り返し帯５２とを連続させて略同心円状に配設され、上記ノズル２４の先端２４ａが上記複数の抵抗発熱体５の間に位置することによって、ヒータ部７を冷却する際に、ノズル２４の先端２４ａから冷却ガスを噴射して抵抗発熱体５の間の板状体２の上面に形成された絶縁層１４に直接冷却ガスを当てることで板状体２の熱を急速に奪うことができ、ヒータ部７の温度を短時間に低下させ冷却することができる。
【００４３】
また、好ましくは、上記抵抗発熱体２は略同一の幅を有する円弧状の帯５１と折り返し円弧状の帯５２とを連続させて略同心円状に配設されていることが、載置面３のウェハＷ面内の温度差が小さくなるという点で好ましい。さらに円弧状の帯５２の間隔Ｌ１が円弧状の帯５１の間隔Ｌ４より小さいと、あるいは円弧状の帯５２の間隔Ｌ３が円弧状の帯５１の間隔Ｌ６より小さいと、さらにウェハＷ面内の温度差が小さくなり好ましい。
【００４４】
図４は、板状体２と板状体２の上の絶縁層１４，抵抗発熱体５と、ノズル２４の先端２４ａとの位置関係を示す拡大断面図である。本発明のウェハ加熱装置１は、ノズル２４から空気等の冷却ガスが抵抗発熱体５の間に向けて噴射される。ここで、ノズル２４の先端２４ａが抵抗発熱体５の間に位置するとは、ノズル２４の先端２４ａの中心が図３（ａ）
中にＡＰで示す抵抗発熱体５の間の位置にあり、板状体２の表面に形成された絶縁層１４に直接冷却ガスを当てることができる位置にあることをいう。この抵抗発熱体５の帯の間は、抵抗発熱体５の表面に比べて熱伝導率が大きな板状体２の表面に近く、表面から板状体２までの熱伝達が大きい。そのため、ノズル２４から噴射された冷却ガスが板状体２の表面の絶縁層１４を直接冷却することができるので、板状体２を効率的に冷却することが可能性となり短時間でヒータ部７の熱を奪い取ることができ、ヒータ部７の冷却時間を短縮することができる。
【００４５】
図５（ａ）は、抵抗発熱体５の表面に絶縁層１４を形成し、該絶縁層１４の上に抵抗発熱体５を形成し、該抵抗発熱体５の上に帯状の絶縁層１２を形成したヒータ部７とノズル２４との位置関係を示す拡大図である。帯状の絶縁層１２は、抵抗発熱体５の上面の全てまたは一部に形成することが好ましい。このように抵抗発熱体５の上面に帯状の絶縁層１２を形成すると、帯状の絶縁層１２によって抵抗発熱体５の表面を保護することができる。そして、例えば冷却ガスが抵抗発熱体５に流れても抵抗発熱体５の表面を損傷したり汚染したりする虞がなく、抵抗発熱体５の加熱／冷却を繰り返しても径時変化が少なくなるので、耐久性を高めることができる。
【００４６】
また、本発明のウェハ加熱装置１によれば、図５（ａ）に示すように、板状体２の一方の主面に絶縁層１４を備え、該絶縁層１４の上に複数の帯状の抵抗発熱体５と複数の帯状の絶縁層１２とを備え、他方の主面にウェハを載せる載置面３を備えたヒータ部７と、前記抵抗発熱体５に電力を供給する給電端子１１と、該給電端子１１を包むように板状体２と接続したケース１９と、該ケース１９に前記ヒータ部７を冷却するノズル２４と開口部２３とを備え、載置面３への投影面から見て、上記ノズル２４の先端が上記絶縁層１２の間に位置することから、絶縁層１４の表面から熱を冷却媒体である冷却ガスに直接伝えることができ、板状体２を容易に冷却することができることによってヒータ部７を繰り返し急速に冷却することができるとともに、抵抗発熱体５を絶縁層１２が覆っていることによって、加熱と急速な冷却とを繰り返しても加熱冷却特性が劣化することなく優れた特性を得ることができる。
【００４７】
本発明のウェハ加熱装置１は、図５（ａ）に示すように、帯状の抵抗発熱体５の表面を覆う帯状の絶縁層１２を備えていることが好ましい。抵抗発熱体５は、貴金属からなる導電性粒子がガラス質の絶縁性組成物の中に分散したもので、抵抗発熱体５が露出していると経時変化したり、抵抗発熱体５に冷却ガスが当たって脱落したりする虞があるが、帯状の絶縁層１２がこれらを防止する作用があり好ましい。そして、帯状の絶縁層１２は、抵抗発熱体５の表面を覆うことで抵抗発熱体５を保護することができる。この帯状の絶縁層１２を形成することで、抵抗発熱体５に冷却ガスが当たっても抵抗発熱体５が破損したり脱落することを防止できるので、ウェハ加熱装置１において加熱強制冷却を繰り返しても抵抗発熱体１の各部の抵抗値が変化する虞がなく、耐久性が優れるとともにウェハＷの表面を均一に加熱することができる。また、この帯状の絶縁層１２は抵抗発熱体５を覆うことができる範囲に備えていることが好ましく、絶縁層１２や抵抗発熱体５が板状体２を覆っていない部分から冷却ガスにより板状体２を強制冷却できることから、各抵抗発熱体ゾーン４ａ，４ｂ，４ｃｄ，４ｅｈに対応して絶縁層１２ａ，１２ｂ，１２ｃｄ，１２ｅｈが独立していることが好ましい。
【００４８】
図５（ｂ）は板状体２と帯状の絶縁層１２とノズル２４の先端２４ａとの位置関係を示す概略図である。本発明のウェハ加熱装置１は、ノズル２４から空気等の冷却ガスが抵抗発熱体５の間に向けて噴射される。ここで、ノズル２４の先端２４ａが帯状の絶縁層１２の間に位置するとは、ノズル２４の先端２４ａの中心が図５（ｂ）中にＡＰで示す帯状の絶縁層１２の間に位置していることであり、このようになっていることで、板状体２の表面の絶縁層１４に直接冷却ガスを当てることができる。この帯状の絶縁層１２の間は、すなわち帯状の絶縁層１２がないことから、絶縁層１４を通して板状体２の熱を効率よく伝えることができる。そのため、ノズル２４から噴射された冷却ガスが板状体２の表面の絶縁層１４を直接冷却することができるので、板状体２を効率的に冷却することが可能となって短時間でヒータ部７の熱を奪い取ることができ、ヒータ部７の冷却時間を短縮することができる。
【００４９】
図６は、抵抗発熱体５の表面に帯状の絶縁層１２を形成した他の例を示す拡大断面図である。帯状の絶縁層１２は抵抗発熱体５の上面と同時に絶縁層１４の上にかけても形成されている。載置面３への投影面から見て抵抗発熱体５の間は、帯状の絶縁層１２ａや絶縁層１４で板状体２は覆われているが、抵抗発熱体５の帯の上の帯状の絶縁層１２ｂより絶縁層１４ａの表面から板状体２までの熱伝達が容易であり、板状体２を冷却するには抵抗発熱体５の帯の間にノズル２４の先端を配置することで、ノズル２４から噴射されたガスが抵抗発熱体５の帯の間の絶縁層１４を冷却して板状体２を効率よく冷却することができる。
【００５０】
また、図３（ａ）は本発明の抵抗発熱体ゾーン４の一例を示す。抵抗発熱体ゾーン４は、板状体２がその一方の主面に複数の抵抗発熱体ゾーン４を備えているものであり、板状体２の中心部に円形の抵抗発熱体ゾーン４ａと、その外側の同心円の２つまたは３つの円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂおよび／または４ｃｄと、抵抗発熱体ゾーン４ｅｈとを備えることが好ましい。なお、４ａは４ｂと連結して一つの抵抗発熱体ゾーンとしてもよい。また、ウェハＷの均熱性を改善するために、抵抗発熱体５を３個または４個の抵抗発熱体ゾーン４に対応して分割してい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に対向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の周囲や上面の対向面や雰囲気ガスの流れはウェハＷに対し中心を対称中心として点対称となるように設計することが好ましい。ウェハＷを均一に加熱するには、ウェハＷに対し中心を対称中心として点対称な上記環境に合わせたウェハ加熱装置１が必要で、載置面３をウェハＷの中心を対称中心として点対称に分割して円、円環状や扇状の形となるように抵抗発熱体ゾーン４を形成することが好ましい。
【００５１】
特に、直径が３００ｍｍ以上のウェハＷの表面温度を均一に加熱するには、同心円の円環状の抵抗発熱体ゾーン４は２または３つであることが好ましい。
【００５２】
さらに、上記のように複数の抵抗発熱体５を有するウェハ加熱装置１は、ウェハ加熱装置１を納める容器の側壁等の周囲の環境から生じる左右前後の微妙な非対称性や、点対称な抵抗発熱体５の厚みばらつきを、独立した抵抗発熱体５の最大径を小さくできることによって補正できるとともに、独立した抵抗発熱体５内の厚みのバラツキが小さくなるので、ウェハＷの面内温度差がより小さくなることが分かった。
【００５３】
図３（ｂ）は、本発明のウェハ加熱装置１の抵抗発熱体ゾーン４の一例を示す概略図である。左右前後を独立した抵抗発熱体ゾーン４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈで加熱量を調整できるようにすることから、前記３つの円環状の抵抗発熱体ゾーン４のうち、外側の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈは円環を４等分した４個の扇状であり、その内側の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄは円環を円周方向に２等分した２個の扇状であることが好ましい。さらに、各抵抗発熱体ゾーン４の最大径を同じような大きさにできるようにすることから、３つの円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂ，４ｃｄ，４ｅｈのうち、最も内側の円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂは、円環からなる抵抗発熱体ゾーン４ｂであり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状の抵抗発熱体ゾーン４ｃ，４ｄであり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈは、円環を円周方向に４等分した４個の扇状の抵抗発熱体ゾーン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。
【００５４】
上記ウェハ加熱装置１の各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｇは、ウェハＷの面内温度の左右前後の温度差や周辺部と外周部との温度差を調整できる点からは、独立して発熱でき、各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｇに対応して抵抗発熱体５ａ〜５ｇを備えていることが好ましい。
【００５５】
しかし、抵抗発熱体ゾーン４ａと抵抗発熱体ゾーン４ｂとは、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されるのでなければ、並列または直列に接続して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、抵抗発熱体ゾーン４ａと抵抗発熱体ゾーン４ｂとの間に所定の間隔を設定できることから、ウェハＷを持ち上げるウェハリフトピン２５が貫通する貫通孔を容易に設置することができるようになる点で好ましい。
【００５６】
なお、円環状の抵抗発熱体ゾーン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。
【００５７】
図３（ｂ）に示す例の抵抗発熱体ゾーン４ｃ，４ｄの境界線は直線であるが、この境界は必ずしも直線状である必要はなく、波線状であってもよい。ただ、ウェハＷの中心点に対し点対称であることによってウェハＷ面内の温度差を小さくするよう細かく調整できるので、抵抗発熱体ゾーン４ｃ，４ｄが同心円の発熱体ゾーンの中心に対して、その中心を対称中心とした点対称であることが好ましい。
【００５８】
同様に、抵抗発熱体ゾーンの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、波線であってもよく、上記と同様の理由から、同心円の発熱体ゾーンの中心に対して、その中心を対称中心とした点対称であることが好ましい。
【００５９】
上記の各抵抗発熱体５は、電気導電性のある板状体２との絶縁性を得るとの点からは、絶縁層１４の上に印刷法等で作製し、抵抗発熱体５の帯は１〜５ｍｍの幅で厚みを５〜５０μｍとして形成することが好ましい。この抵抗発熱体５の印刷については、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ばらつく虞があった。発熱量がばらつくとウェハ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５の厚みのばらつきから生じる温度ばらつきを小さくするには、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ことが判明した。
【００６０】
そこで、ウェハＷ載置面３の中心部を除く同心円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄは左右に２分割し、さらに大きな円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈは４分割することで、抵抗発熱体ゾーン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、さらにウェハＷの前後左右の微妙な温度差を補正することができるので、ウェハＷの表面温度が小さくなり好ましいものとなる。また、さらに各抵抗発熱体５の帯の抵抗値を微調整するためには、抵抗発熱体５に沿って、帯状の抵抗発熱体５の厚みの大きな部分にその帯に沿って帯の上にレーザ等で長溝を形成することによって、抵抗値を調整することもできる。
【００６１】
なお、図２に示す抵抗発熱体５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの形状は、それぞれ円弧状の帯と、折り返し帯として円弧状の帯とから構成されている。折り返し帯は直線状であるよりも円弧状であると、よりウェハＷの面内温度差が小さくなるので好ましい。
【００６２】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、図３（ａ）に示すように、中心部に備えた円形の抵抗発熱体ゾーン４ａまたはその外側の同心円の円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂと、円形の抵抗発熱体４ａまたは円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂの外側の円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄとの間隔Ｓ２と、円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄと最も外側の円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈとの間隔Ｓ３とを備え、間隔Ｓ３が間隔Ｓ２より大きいことが好ましい。このように、円環状の抵抗発熱体ゾーン４を２つあるいは３つ備え、間隔Ｓ３が間隔Ｓ２より大きいと、抵抗発熱体５の無い間隔Ｓ３の円環の幅が大きくなることから、板状体２の表面に抵抗発熱体５に覆われない露出部を大きくとることができ、放冷効果が大きくなるので好ましい。また、露出部を構成する絶縁層１４を介した板状体２の熱伝導率が大きくなるので、冷却効率が向上しヒータ部７の冷却速度が大きくなり好ましい。
【００６３】
さらに、載置面３からの投影面から見て、最も外側の円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈとその内側の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄとの間にノズル２４の先端２４ａを複数個備えていることが好ましい。間隔Ｓ３の環状の領域は抵抗発熱体５が無く、熱伝導率の大きな板状体２を絶縁層１４や帯状の絶縁層１２が覆っているが表面から板状体２までの熱伝達が大きく、この部分にノズル２４の先端２４ａから噴射した冷却ガスが直接当たり、板状体２の熱を効率良く奪うことができることから、ヒータ部７の温度を急速に低下させることができて好ましい。この冷却ノズル２４の先端２４ａが間隔Ｓ３に沿って複数あることが好ましく。例えば直径２００〜３００ｍｍのウェハ用であればノズル２４の数は好ましくは４〜１６個であると効果的にヒータ部７を冷却することができる。なお、間隔Ｓ３に対応したノズル２４を説明したが、間隔Ｓ３だけでは中央部の温度が低下し難いので、中央部にも円周上に複数のノズル２４を備えることが好ましい。
【００６４】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、絶縁層１２，１４および／または抵抗発熱体５の表面が凹凸面であることが好ましい。図４や図５に示すノズル位置にある絶縁層１４や図６に示す絶縁層１２ａの表面が凹凸面であると、ノズル２４から噴射された冷却ガスが絶縁層１４，１２の表面の凹凸面に当たり板状体２の絶縁層１４，１２を介して冷却ガスに熱が伝わり易くなることから、冷却ガスによる凹凸面での熱交換が容易となるので、ヒータ部７を冷却する効果が大きくなり好ましい。また、図４に示す抵抗発熱体５の表面が凹凸面であると、絶縁層１４に衝突した冷却ガスの一部が絶縁層１４に沿って流れ、抵抗発熱体５の表面を通過する際に抵抗発熱体５の凹凸面での熱交換が容易となり、抵抗発熱体を介してヒータ部７の熱を取り除く効果が大きいからである。より好ましくは、冷却ガスが凹部に滞留する時間が大きくなり熱交換が容易となることから、絶縁層１４，１２の表面が凹凸面であることがよい。
【００６５】
なお、この凹凸面は、載置面３から見て凹凸面の凹部が直線状に形成されていたり、その凹部が滑らかな曲線から形成されていたりすると、冷却ガスと凹凸面との接触距離が大きくなり熱交換が容易となる。
【００６６】
さらに、絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５の表面に上記凹凸面があると、絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５と板状体２との熱膨張差から生じる熱応力により絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５に微小クラックが仮に発生しても、表面の凹凸面によりこのクラック先端の応力を緩和する作用が働き、クラックの進展を防止する効果があり好ましい。
【００６７】
また、上記凹凸面は略格子状の溝であることが好ましい。絶縁層１２の表面が凹凸面からなる一例を図７に部分拡大斜視図で示す。図７において、４０は凹凸面を示し、４１は凸部を、４２は凹部を示している。載置面３への投影面からみて、冷却ノズル２４の先端２４ａが抵抗発熱体５の間の凹凸面にあると、冷却ガスが凹凸面に当たり冷却ガスと凹凸面との熱交換が容易となるので、凹凸面を介してヒータ部７を冷却する効果が大きく好ましい。そして、凹凸面は略格子状の溝で形成されたものであると、冷却ガスが凹部に衝突した後、凸部の側面に当たり熱交換できること、および直線状に繋がる溝部に沿って冷却ガスを遠くまで流すことができることによって凹凸面により熱交換が容易となるからである。従って、凹凸面は略格子状の溝からなるものであると、凹凸面と冷却ガスとの熱交換が大きくなりヒータ部７を短時間に冷却することが容易となり好ましい。
【００６８】
また、このような略格子状の溝は、１ｍｍ幅当たりの形成本数で０．２〜８０本、さらに望ましくは０．４〜４０本とすることが好ましい。この溝が１ｍｍ幅当たり０．２本を下回ると、熱交換作用による冷却の効果が小さく、また、抵抗発熱体４を繰り返し加熱冷却すると絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５が剥離したりクラックが発生したりする虞があった。
【００６９】
また、この略格子状の溝の形成本数が１ｍｍ当たり８０本を超えると、凹部への冷却ガスの流れが悪く冷却効率が低下する虞があった。また、溝が小さ過ぎて凹部４２から絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５にクラックが入る虞があった。従って、凹凸面４０の溝を１ｍｍ当たり０．４〜８０本とすることによって、ヒータ部７と冷却ガスとの熱交換がより容易となり、板状体２と絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５との熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体５の劣化損傷を抑えることができ、信頼性の高いウェハ加熱装置１を提供することができる。
【００７０】
なお、一見、抵抗発熱体５の劣化損傷を抑えるには、絶縁層１２の厚みを厚くすればよいかのように思えるが、保護層となる絶縁層１２といえども抵抗発熱体５とは異なる材料であるため、厚くしすぎると相互の熱膨張差によって応力緩和効果が薄れてしまう。すなわち、厚すぎる絶縁層１２は逆効果となり、絶縁層１２を焼き付けた段階で絶縁層１２に大きな応力が働き、信頼性が低下してしまう虞があるからである。そこで、本発明のウェハ加熱装置１では、絶縁層１２全体を厚くすることなく抵抗発熱体５の劣化損傷を防ぐ手段として、板状体２の抵抗発熱体５および／または絶縁層１２，１４の表面を凹凸面とし、望ましくは略格子状の形状とすることが有効であることを見いだした。
【００７１】
すなわち、抵抗発熱体５を覆う絶縁層１２の表面を凹凸面とし、略格子状とすることで、絶縁層１２の略格子状の面における突起部分が強力に抵抗発熱体５を抑え込み、抵抗発熱体５の剥離を生じせしめることがないのである。
【００７２】
また、絶縁層１２全体が厚いわけではなく、略格子状の凹凸面における凹部４２では熱膨張差による応力が緩和されているので、クラック等の不具合を発生することもない。このことは、板状体２と絶縁層１４や抵抗発熱体５との関係にも同じことがいえ、抵抗発熱体５自身の表面もまた略格子状の形状にする方がよい。
【００７３】
また、上記の凹凸面４０は、凹部４２の厚み（ｔｖ）と凸部４１の厚み（ｔｐ）との比（ｔｐ／ｔｖ）×１００（％）が１０２〜２００％であり、かつ抵抗発熱体５または絶縁層１２，１４の平均厚みが３〜６０μｍであると好ましい。このようにすることで、特に板状体２と抵抗発熱体５の熱膨張差を吸収しつつ、抵抗発熱体５の劣化損傷を抑えることができ、極めて信頼性の高いウェハ加熱装置１とすることができる。
【００７４】
比（ｔｐ／ｔｖ）×１００（％）の値が１０２％未満だと、熱交換が悪くクラックが発生するまでの昇降温試験回数が、例えば静電チャックとして通常の製造においては２年間の使用が可能とされる耐久性の基準である４２００回を下回る虞があり好ましくない。なお、昇温試験回数は、６０℃から２００℃に３分間で加熱し、２分間温度保持した後、６０℃まで冷却する温度サイクルを１回として数えている。
【００７５】
また、この比の値が２００％を超えると、凸部４１と凹部４２との高さの差が大きすぎて温度差が大きくなり、クラックが発生する昇降温試験回数が低下する虞があった。
【００７６】
また、絶縁層１２，１４の平均厚みが３μｍ未満だと、印刷法で抵抗発熱体５を形成すると厚みばらつきが３０％以上と大きくなり、ウェハＷの表面温度差が大きくなる虞があった。
【００７７】
また、絶縁層１２，１４の平均厚みが６０μｍを超えると、板状体２との熱膨張係数の違いから絶縁層１２，１４に微小なクラックが発生し易くなるという問題がある。
【００７８】
なお、凹部の厚み（ｔｖ）は、各凹部４２の中心の５箇所の平均値で示すことができる。また、凸部の厚み（ｔｐ）は各凸部４１の最大厚み５箇所の平均として求めることができる。さらに、平均厚みは凹部４２の厚みと凸部４１の厚みとの平均値として求めることができる。
【００７９】
図５（ｂ）は、本発明のウェハ加熱装置１の絶縁層１２の一例を示す概略図である。３つの円環状の抵抗発熱体ゾーン４のうち、外側の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈを覆う絶縁層１２ｅｈは、円環状であることが好ましい。３つの円環状の絶縁層１２ａ，１２ｂ，１２ｃｄは、ウェハＷの表面温度を均一にする抵抗発熱体ゾーン４ａ，４ｂ，４ｃｄを個別に覆うことが好ましく、これらに対応して絶縁層１２が形成されていることが好ましい。
【００８０】
絶縁層１２，１４の表面や抵抗発熱体５の表面に凹凸面を形成するには、印刷法におけるメッシュサイズと絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５となるペーストの粘度を例えば１０ポイズ以下に調整すればよい。また、凹凸面は、表面が平坦な絶縁層１２，１４や抵抗発熱体５を形成した後、凹凸面の形状に合わせたマスクを使用してガラスビーズやセラミックスビーズを使ったサンドブラスト法によっても形成することができる。
【００８１】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、図５（ｂ）に示すように、中心部に備えた円形の絶縁層１２ａとその外側の同心円の円環状の絶縁層１２ｂとの間隔Ｓ４と、該円環状の絶縁層１２ｂとその外側の円環状の絶縁層１２ｃｄとの間隔Ｓ５と、該円環状の絶縁層１２ｃｄと最も外側の円環状の絶縁層１２ｅｈとの間隔Ｓ６とを備え、間隔Ｓ６が他の間隔Ｓ４，Ｓ５より大きいことが好ましい。このように、円環状の絶縁層１２を３つ備え、間隔Ｓ６がＳ４，Ｓ５より大きいと、絶縁層１２のない幅Ｓ６の円環が大きくなることから板状体２の露出部を大きくとることができ、放冷効果が大きくなるので好ましい。また、露出部を構成する絶縁層１２，１４の熱伝導が大きく、熱伝導性の板状体２の熱伝導率が大きくなり、冷却効率が向上しヒータ部７の冷却速度が大きくなるので好ましい。
【００８２】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、図５（ａ）に示すノズル２４の先端と板状体２との間隔Ｌが０.１〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００８３】
より高速で冷却ガスを板状体２に衝突させるためには、ノズル２４の先端と板状体２との間隔Ｌは重要であり、０．１〜１０ｍｍとすることが望ましい。このように配置すると、噴射された冷却ガスは、極端に速度低下することなく十分な速度で板状体２に衝突する。このため、効率良く熱を奪うことができる。
【００８４】
板状体２とノズル２４の先端との距離Ｌが０．１ｍｍより小さいと、噴射されて板状体２に衝突したガスの吹き返しがガスの噴射を阻害することとなり、冷却効率が落ちてしまう。逆に、板状体２とノズル２４の先端との距離Ｌが１０ｍｍより大きいと、噴射ガスは拡散してしまい、板状体２に衝突する際に流速が低下し、また、流量も減少するため、冷却効率が落ちる。
【００８５】
また、載置面３への投影面から見てノズル２４の先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が３〜１０ｍｍであることが好ましい。載置面３への投影面から見てノズル２４の先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が３ｍｍよりも小さい場合は、ノズル２４から噴射されたエアー等の冷却ガスの一部は抵抗発熱体５の表面に当たってしまう。抵抗発熱体５は、ガラス層を含んでいるために熱伝導率が小さい。抵抗発熱体５の表面から板状体２に熱が伝導する場合は、熱伝導の小さな、抵抗発熱体５が、また抵抗発熱体５と板状体２との界面が存在するために、熱伝導時間が長くなる。このため、この部分を冷却しても、冷却効率が悪く冷却時間が大きくなってしまう。
【００８６】
一方、載置面３への投影面から見てノズル２４の先端の中心から抵抗発熱体５までの最短距離が１０ｍｍよりも大きい場合は、板状体２上で抵抗発熱体５が無い面積が大きくなり冷却速度は大きくなるが、抵抗発熱体５が無い部分に対応するウェハＷの表面の温度が低下して、ウェハＷ面内で温度ばらつきが大きくなり不均一な温度分布となる。このため、板状体２に抵抗発熱体５を配置するには、ウェハＷ面内の温度分布を均一にするために、抵抗発熱体５が無い面積を小さくするほうがよいからである。
【００８７】
また、一般的な冷却ガス圧縮機のガス圧力によって冷却に必要なガス流速を確保するためには、ノズル２４の口径を０．５〜３．０ｍｍとすることが望ましい。ノズル２４の口径が３．０ｍｍを超えると、流速が遅くなりすぎて冷却効率が著しく低下する。逆に０．５ｍｍ未満では、口径が小さすぎて圧力損失が大きく冷却ガスの流量が小さくなり、冷却効率が低下するので好ましくない。なお、例えば冷却ガスは常温とし、冷却ガスの総流量は１２０（リットル／分）とすればよい。
【００８８】
さらに、ノズル２４は、板状体２に対して８０〜１００°の角度で設置されていることが好ましい。そのように設置すると、噴射された冷却ガスが板状体２に強く衝突することになり効率よく冷却できる。ノズル２４が板状体２に対して８０°未満、または１００°を超えると、噴射された冷却ガスは板状体２に斜めに当たり、大部分が板状体２に平行に進むことから、冷却効率が低下し好ましくない。
【００８９】
ノズル２４は、ステンレス（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金），ニッケル（Ｎｉ）等の耐酸化性金属や、一般鋼（Ｆｅ），チタン（Ｔｉ）にニッケルメッキやニッケルメッキ上に金メッキを重ねて耐酸化処理を施した金属材料を用いる。または、ジルコニア（ＺｒＯ２）などのセラミックスを用いることがよい。このようなノズル２４は、熱による酸化で噴射口の内径が変化することなく流速を安定させられるし、ウェハ熱処理に有害なガスやパーティクルの発生のない信頼性の高いウェハ加熱装置１とすることができる。
【００９０】
また、万が一冷却ガスに油分や水分などの不純物が混入していた場合でも、直接抵抗発熱体５や絶縁層１４，１２にダメージを与えることを防止できるが、冷却ガスはクリーンフィルターなどを通して不純物を除去することでさらに信頼性を高めることができるのは言うまでもない。
【００９１】
また、ここで供給された冷却ガスを外に排出するために、ケース１９のベースプレート２１には、その面積の５〜７０％の開口部２３が形成されていることが好ましい。この開口部２３の面積が５％未満であると、ケース１９の容積の中でノズル２４から噴射されるガスと排出されるべきガスとが混合されて、冷却効率が低下してしまう。また、開口部２３の面積が７０％を超えると、給電端子１１やノズル２４を保持するスペースが確保できなくなる。また、ケース１９の強度が不足して、板状体２の平坦度が大きくなり、均熱性、特に昇温時などの過渡的な均熱性が悪くなる。
【００９２】
このように、ベースプレート２１に開口部２３を設けることにより、冷却時はノズル２４から噴射された冷却ガスが板状体２の表面の熱を奪い、ケース１９の内部に滞留することなく開口部２３から順次ウェハ加熱装置１外に排出され、ノズル２４から噴射される新しい冷却ガスで板状体２の表面を効率的に冷却できるので、冷却時間を短縮することができる。
【００９３】
次に、本発明のウェハ加熱装置１のその他の構成について説明する。
【００９４】
本発明のウェハ加熱装置１の中心部の抵抗発熱体ゾーン４ａの外径Ｄ１は、外周部の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの外径Ｄの２０〜４０％であり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｂｃの外径Ｄ２は、外周部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの４０〜５５％であり、最外周の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３は、最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの５５〜８５％であるものとすると、ウェハＷの面内温度差を小さくすることができるので好ましい。
【００９５】
なお、外周部の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの外径Ｄとは、板状セラミック体２の一方の主面に平行な投影面で見て、抵抗発熱体ゾーン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、抵抗発熱体ゾーン４ｂの外径Ｄ２とは、抵抗発熱体ゾーン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。なお、外接円は、給電部に接続する抵抗発熱体の突出部は除き、同心円状の円弧に沿って求めることができる。
【００９６】
外径Ｄ１がＤの２０％未満では、中心部の抵抗発熱体ゾーン４ａの外径が小さ過ぎることから、抵抗発熱体ゾーン４ａの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン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４０％を超えると、中心部の抵抗発熱体ゾーン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抵抗発熱体ゾーン４ａの周辺部の温度も上がり、抵抗発熱体ゾーン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。なお、好ましくは、外径Ｄ１はＤの２０〜３０％であり、さらに好ましくは、外径Ｄ１はＤの２３〜２７％とすることでウェハＷの面内温度差をさらに小さくすることができる。
【００９７】
また、外径Ｄ２が外径Ｄの４０％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抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの発熱量を増大した際に、ウェハＷの中心に近い抵抗発熱体ゾーン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％を超えると、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうと抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン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抵抗発熱体ゾーン４ｂに達し、抵抗発熱体ゾーン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４１％〜５３％であり、さらに好ましくは４３〜４９％とするとウェハＷの面内温度差はさらに小さくできた。
【００９８】
また、外径Ｄ３が外径Ｄの５５％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抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの発熱量を増大した際に、ウェハＷの中心に近い抵抗発熱体ゾーン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８５％を超えると、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうと抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン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抵抗発熱体ゾーン４ｃｄに達し、抵抗発熱体ゾーン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６５％〜８５％であり、さらに好ましくは６７〜７０％とするとウェハＷの面内温度差はさらに小さくできた。
【００９９】
また、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、板状セラミック体２の他方の主面に載置面３を備え、他方の主面に平行な投影面でみて、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体２の直径ＤＰの９０〜９７％であることが好ましい。
【０１００】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体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したりす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はウェハＷの直径の１．０２倍程度の僅かに大きいことが好ましいことから、ウェハＷの大きさに対して板状セラミック体２の直径ＤＰが大きくなり、均一に加熱できるウェハＷの大きさが板状セラミック体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。さらに、板状セラミック体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な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ることとなるので好ましくない。
【０１０１】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミック体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なって抵抗発熱体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るようになるので、外周部の円弧状パターン５１が板状セラミック体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が板状セラミック体２の直径ＤＰの９２〜９５％である。
【０１０２】
さらに、本発明のウェハ加熱装置１において、例えば図２に示す抵抗発熱体５の外接円Ｃと接する円弧状パターン５１と、該円弧状の帯５１と連続して繋がった連結パターンである小円弧状の帯５２とを備え、外接円Ｃの一部に円弧状のパターンのない空白域Ｐの間隔Ｌ１が、板状セラミック体の直径ＤＰと外接円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の熱が板状セラミック体の周辺部へ流れ、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なるので、板状セラミック体２の載置面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。
【０１０３】
空白域Ｐの温度を下げないためには、空白域Ｐの温度を上げる必要があり、空白域Ｐを加熱する連結パターン５２の抵抗を同等かある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が面状の場合は、円弧状パターン５１の線幅Ｗｐより連結パターンである小円弧状の帯５２の線幅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円弧状の帯５２の温度を円弧状パターン５１の温度より高めることによってウェハＷの面内温度を均一とすることができる。
【０１０４】
また、板厚が１〜７ｍｍの板状セラミック体２の他方の主面側を、ウェハを載せる載置面３とするとともに、板状セラミック体２の下面（一方の主面）に抵抗発熱体５を備えたウェハ加熱装置１において、抵抗発熱体５の厚みが５〜５０μｍであるとともに、板状セラミック体２の主面に平行な投影面で見て、抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、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。
【０１０５】
すなわち、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に対応した載置面３の表面温度が他の部分と比較して小さくなり、載置面３の温度を均一にすることが難しいからである。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、板状セラミック体２と抵抗発熱体５との間の熱膨張係数差を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、板状セラミック体２は変形し難いセラミック焼結体からなるものの、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、載置面３側が凹となるように板状セラミック体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、温度ばらつきが大きくなる虞がある。
【０１０６】
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。
【０１０７】
より具体的には、抵抗発熱体５は外周部に相対向する対向領域を有し、対向領域の間隔Ｌ１が０．５ｍｍ以上で、板状セラミック体２の板厚の３倍以下であることが好ましい。対向領域の間隔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の対向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、対向領域の間隔Ｌ１が板状体２の厚みの３倍を超えると、対向領域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。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。
【０１０８】
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を超えると、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２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の厚みとしては１０〜３０μｍとすることがよい。
【０１０９】
また、ヒータ部７の温度は、独立して加熱できる抵抗発熱体５に対応して板状体２にその先端が埋め込まれた複数の温度センサー２７により測定する。温度センサー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を使用することが好ましいが、外径０．５ｍｍ以下の素線の熱電対やＲＴＤなどの測温抵抗体を用いても何ら差し支えない。この温度センサー２７の先端部は、板状体２の形成された孔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。
【０１１０】
また、板状体２を炭化珪素質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体により形成すると、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およ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、板状体２は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体５のジュール熱を素早く伝達し、載置面３の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下では、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間および所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの時間が多くかかってしまう虞がある。
【０１１１】
板状体２の厚みは、２〜７ｍｍとすることが好ましい。板状体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状体２の強度が弱くなり、抵抗発熱体５の発熱による加熱時に、ノズル２４からの冷却流体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場合がある。また、板状体２の厚みが７ｍｍを超えると、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り好ましくない。
【０１１２】
また、板状体２の熱伝導率が絶縁層１４の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。板状体２の熱伝導率が大きいと、冷却ガスが当たり板状体２が冷やされても、板状体２の内部から熱が伝わり、ヒータ部７の冷却スピードが大きくなり好ましい。具体的には、絶縁層１２や絶縁層１４はガラスや絶縁性樹脂からなることが好ましく、その熱伝導率は１〜１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、板状体２は炭化物や窒化物からなり、熱伝導率が５０〜２８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）のセラミック体がより好ましい。
【０１１３】
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、比較的電気抵抗が小さい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い。さらに、金属酸化物としては、酸化珪素，酸化硼素，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。
【０１１４】
また、上記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。
【０１１５】
また、金属酸化物としては、酸化珪素，酸化硼素，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。
【０１１６】
ただし、抵抗発熱体５に対し、金属酸化物の含有量が５０％を超えると、板状体２との密着力を増すものの、抵抗発熱体５の抵抗値が大きくなり、好ましくない。そのため、金属酸化物の含有量は６０％以下とすることがよい。
【０１１７】
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との熱膨張係数差が３．０×１０−６／℃以下であるものを用いることが好ましい。
【０１１８】
すなわち、抵抗発熱体５と板状体２との熱膨張係数差を０．１×１０−６／℃以下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との熱膨張係数差が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、載置面３側が凹状に反る虞があるからである。
【０１１９】
また、この絶縁層１２を形成するガラスの特性としては、結晶質または非晶質のいずれでもよく、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差が板状セラミック体２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し±１×１０−６／℃以内であることが好ましく、さらに好ましくは−５×１０−７／℃〜＋５×１０−７／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることがよい。すなわち、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。
【０１２０】
また、絶縁層１２，１４をなすガラス層は、ＳｉＯ２を主成分とし、Ｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｐｂ，Ｂｉの少なくとも１種類以上を酸化物換算で１０重量以上含有する非晶質のガラスにて構成し、Ａｓ，Ｓｂの酸化物を実質的に含有していない（酸化物換算にて０.０５重量％以下）ガラスを用いることが好ましい。
【０１２１】
上記組成のガラスを用いることで、ガラスの高温での粘性を低下させることが可能である。Ｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｐｂ，Ｂｉについては、ＳｉＯ２ガラス中に分散させ、見掛けのガラスの粘性を下げることを狙ったものである。特に、ＰｂＯ，Ｂ２Ｏ３，Ｂｉ２Ｏ３は結晶化せず、ガラス中に残留してガラスの粘性・融点を下げる効果があり、ガラス中の気泡の発生を抑えることに有効である。
【０１２２】
ガラスの粘性を下げることによって、絶縁層１２，１４中に発生してしまった気泡を絶縁層１２，１４表面に浮き上がらせ、オープンポアにすることで絶縁層１２，１４中の気泡を少なくすることができる。以上のことにより絶縁層１２，１４の厚み方向にて気泡の無い領域が１０μｍ以上連続しているガラス層を形成することができる。また、非晶質のガラスを用いれば、後述している結晶化ガラスよりも気泡の少ない絶縁層１２、１４を形成するのに好ましい。これによって、消泡・脱泡効果のある毒劇物のＡｓやＳｂの酸化物を添加することなく絶縁層１２，１４中の気泡を少なくすることができる。
【０１２３】
一方、Ｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｐｂ，Ｂｉの添加量が酸化物換算で１０重量％未満である場合はガラスの高温での粘性が十分に低下せず、気泡を少なくすることが困難である。また結晶化ガラスを用いた場合は、ガラスが結晶核を生成する過程において膨張・収縮が発生する。この膨張・収縮過程において結晶核の周りに多数の微少な気泡が存在してしまい。この結晶核の周りに存在する微少な気泡のため絶縁・耐電圧特性が低下してしまう。このため結晶化ガラスを用いることは非晶質のガラスを用いた場合に比べ、絶縁層１２，１４をなすガラスの層の欠陥を防止することが困難であるため好ましくない。
【０１２４】
また、絶縁層１２，１４のガラスはアルカリ含有量を２重量％以下にすることが好ましい。アルカリ成分についてはガラスに添加することでガラスの粘性を下げることには有効であるが、ガラス成分のマイグレーションにより耐久性に問題があるため、絶縁層１２，１４のガラス中のアルカリ含有量を２重量％以下とすれば、抵抗発熱体５に直流電源を印加して加熱した際の耐久試験において、耐久性が向上することを見出した。すなわち、絶縁層１２，１４のガラス中のアルカリ含有量が２重量％以下の場合には２５０℃の連続耐久試験における寿命を１０００時間までさらにアルカリ含有量が１重量％以下の場合には５０００時間まで伸ばすことができることを見出した。ここで、アルカリと称しているのは、Ｌｉ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ｋ２Ｏのようなアルカリ金属酸化物のことである。
【０１２５】
また、絶縁層１２，１４のガラスは、平均粒径Ｄ５０が１５μｍ以下でありかつ平均粒径がＤ５０が２０％以上離れている複数のガラスを配合したペーストを塗布し、かつ脱バインダー工程での残炭量がガラスの重量の１重量％以下となるようにして形成することが好ましい。
【０１２６】
このように粒径の異なる複数のガラス原料を配合することにより、粉末状態での充填が密になり絶縁層中の気泡を少なくすることができる。また脱バインダー工程での残炭量をガラスの重量の１重量％以下になるように脱バインダー工程を行なうことで、バインダー成分のＣとガラスのＯとの反応が少なくなることと、脱バインダー工程後におけるガラス粉末の充填率を高くすることにより、より容易に厚み方向にて気泡のない領域が１０μｍ以上連続しているガラス層を形成することが可能となる。
【０１２７】
一方、絶縁層１２，１４を形成する製造工程において平均粒径Ｄ５０が１５μｍより大きいか、または平均粒径Ｄ５０にて２０％未満離れているガラスを配合した場合には、ガラスの充填が十分に密な状態ではなく、ガラスの粒子間に存在している空間を十分に埋めることは困難である。また同様に脱バインダー工程での残炭量がガラスの重量の１重量％より多い場合にも気泡の発生を抑えることは困難である。
【０１２８】
また、ガラスの焼き付け温度においては、作業点温度（ガラスの粘度にて１０４ポイズ以下）以上の温度とすることが好ましい。
【０１２９】
なお、板状体２が炭化珪素質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体からなる場合には、板状体２を酸化雰囲気中で８００〜１２００℃の温度で加熱処理して板状体２の表面に絶縁性の酸化膜を形成し絶縁層１４として使うこともできる。
【０１３０】
また、リング状の断熱部材１８の断面は多角形や円形の何れでもよいが、板状体２と断熱部材１８とが平面で接触する場合において、板状体２と断熱部材１８との接する接触部の幅は０．１〜１３ｍｍであれば、板状体２の熱が断熱部材１８を介して有底の金属ケース１９に流れる量を小さくすることができる。さらに好ましくは、０．１〜８ｍｍである。断熱部材１８の接触部の幅が０．１以下では、板状体２と接触固定した際に接触部が変形し、断熱部材１８が破損するおそれがある。また、断熱部材１８の接触部の幅が１３ｍｍを超える場合には、板状体２の熱が断熱部材１８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、断熱部材１８と板状体２との接触部の幅は０．１〜８ｍｍであり、さらに好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【０１３１】
また、断熱部材１８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。断熱部材１８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ともに、板状体２の温度を上げたり下げたりする際に、断熱部材１８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。
【０１３２】
断熱部材１８の熱伝導率が板状体２の熱伝導率の１０％より小さいヒータ１４では、板状体の熱が有底のケース１９に流れにくく、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。
【０１３３】
断熱部材１８の熱伝導率が板状体２の熱伝導率より大きい場合は、板状体２の周辺部の熱が断熱部材１８を介して有底のケース１９に流れ、有底のケース１９を加熱するとともに、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、有底のケース１９が加熱されることから、ノズル２４からエアーを噴射して板状体２を冷却しようとしても、有底のケース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ったりする虞がある。
【０１３４】
一方、断熱部材１８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、断熱部材１８のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましく、さらに好ましくは１０ＧＰａ以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の幅が０．１〜８ｍｍと小さく、板状体２を有底のケース１９に断熱部材１８を介して固定しても、断熱部材１８が変形することがなく、板状体２が位置ずれ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。
【０１３５】
断熱部材１８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ヤング率の大きな金属が好ましい。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系合金が好ましく、板状体２の熱伝導率より小さくなるように断熱部材１８の材料を選択することが好ましい。
【０１３６】
さらに、断熱部材１８と板状体２との接触部を小さく、か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おそれ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断熱部材１８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断熱部材１８として使用すると、板状体２と有底のケース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。
【０１３７】
なお、有底のケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、ベースプレート１３は板状体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。さらに好ましくは、２０〜３０ｍｍである。これは、板状体２と有底のケース１９との相互の輻射熱により載置面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、載置面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。
【０１３８】
さらに、抵抗発熱体５への給電方法については、有底のケース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に不図示の弾性体で押圧することにより、接続を確保し給電する。これは、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、本発明のウェハ加熱装置１におけるように、給電端子１１を弾性体で押圧して電気的接続を確保することにより、板状体２とその有底のケース１９との間の温度差による熱応力は緩和し、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。
【０１３９】
なお、板状体２の他方の主面である載置面３には、図１に示すように、複数のウェハ支持ピン８を設け、板状体２の他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。
【実施例１】
【０１４０】
熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍ円形の板状体を複数製作した。
【０１４１】
次いで、板状体上にガラスペーストをスクリーン印刷法で板状体の片面の全面に絶縁層を印刷し、１５０℃で加熱し乾燥した後、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理した。その後、８００〜９５０℃の温度で絶縁層を焼付けした。抵抗発熱体および給電部を被着するため、導電材としてＡｇ粉末およびＰｔ粉末と、バインダーを添加したガラスペーストと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絶縁層の上に図２に示す抵抗発熱体の形状に印刷した後、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後、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行なうことにより、厚みが５５μｍの抵抗発熱体を形成した。ここで、給電部は抵抗発熱体よりも比抵抗が小さくなるように金属成分とガラス成分の比率を調整した。
【０１４２】
また、抵抗発熱体を覆うように帯状に絶縁層１２を形成したヒータ部と、抵抗発熱体の全面を覆う絶縁層１２を形成したヒータ部とを作製した。
【０１４３】
また、ケースは、厚み３．０ｍｍのＳＵＳ３０４からなるベースプレートを基礎にして、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して構成した。
【０１４４】
その後、ケースの上に、板状体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状体とケースとが直接当たらないように、断熱部材を介在させ、ケース側よりナットを螺着し固定することによりウェハ加熱装置とした。
【０１４５】
試料Ｎｏ．１のノズルの先端は、板状体（図３（ａ）に示すＡＰ）の位置にあり、図４に示す例と同様に、冷却ノズルの先端が抵抗発熱体５の間に位置している。また、抵抗発熱体の上に絶縁層はない。
【０１４６】
また、上記ヒータ部と同じものを作製し、各抵抗発熱体の上にガラスフリットをペースト状にして印刷した。そして、加熱して絶縁層を形成した。絶縁層は図２に示す抵抗発熱体ゾーンに対応して形成し、各抵抗発熱体ゾーンの間隔Ｓ１は３０ｍｍ，Ｓ２は３３ｍｍ，Ｓ３は４２ｍｍとして、これに対応して各絶縁層の間隔は２５ｍｍ，２５ｍｍ，３５ｍｍとした。そして、上記と同様に断熱部材とケースとを組み付け、ノズルを配設したウェハ加熱装置を作製した。
【０１４７】
試料Ｎｏ．２のノズルの先端は、抵抗発熱体の間に位置している。また、抵抗発熱体の上に各環状ゾーンを個別に覆う絶縁層が形成されている（図５）。最も外側の抵抗発熱体ゾーンを覆う絶縁層とその内側の抵抗発熱体ゾーンを覆う絶縁層との間隔が３５ｍｍ幅であり、それら絶縁層の間にノズルの先端を配設した。
【０１４８】
試料Ｎｏ．３のノズルの先端は、抵抗発熱体の間に位置している。また、抵抗発熱体の上の全面に一様に絶縁層が形成されている（図６）。
【０１４９】
試料Ｎｏ．４はノズルの位置を最も外側の抵抗発熱体の上に配置した。なお、抵抗発熱体の上の全面に一様に絶縁層が形成されている。
【０１５０】
なお、ノズルの先端の口径は直径１．２ｍｍとし、ノズルの先端からヒータ部までの距離を６ｍｍとした。また、試料Ｎｏ．１〜４の外側のノズルの数は８個とし、板状体の中心から２番目の円環状の抵抗発熱体ゾーンにノズルを４個配設した。
【０１５１】
そして、各ウェハ加熱装置の給電端子に通電して１４０℃保持時のウェハＷ表面の温度ばらつきが±０．５℃となるように調整し、１４０℃に保持した。温度設定値を、９０℃に変更後、直ちに、全てのノズルから冷却ガスを噴射し、９０℃まで温度が低下し、ウェハＷ表面の温度ばらつきが±０．５℃となるまでの時間を冷却時間とした。今までの冷却効率を改善させるために、目標の冷却時間は１８０秒以内とした。ウェハＷ表面の温度ばらつきについては、直径３００ｍｍのウェハ表面に測温センサーを２９箇所埋めこんだ測温用ウェハを用いて評価した。
【０１５２】
作製したウェハ加熱装置の評価は、２５℃の恒温室内で行ない、冷却ガスは常温とし、冷却ガスの総流量は１２０（リットル／分）とした。
【０１５３】
まず、冷却位置が冷却時間に与える影響を評価した。
【０１５４】
その後、ウェハ加熱装置３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間強制冷却する加熱冷却サイクルを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との差を定常時のウェハＷの温度差として測定した。
【０１５５】
その結果を表１に示した。
【表１】
2006332410.tif 000003
【０１５６】
試料Ｎｏ．１は、ノズルの先端が抵抗発熱体の帯の間（図３に示すＡＰ）にあり、冷却時間が１３５秒と小さく、また加熱冷却サイクル後の定常時のウェハの温度差が０．３２℃と小さく、優れた特性を示した。
【０１５７】
また、試料Ｎｏ．２は、抵抗発熱体の上に帯状の絶縁層があり、冷却時間が１４０秒と小さく、かつ加熱冷却サイクル後の定常時のウェハの温度差が０．２４℃と小さく好ましいことが分かった。
【０１５８】
また、板状体の上に絶縁層１４を形成し、その上に抵抗発熱体を形成し、さらに抵抗発熱体の上に絶縁層を形成し、抵抗発熱体の間の絶縁層に冷却ガスを当ててヒータ部を冷却した試料Ｎｏ．３は、冷却時間が１５２秒と小さいとともに、加熱冷却サイクル後の定常時のウェハの温度差が０．２５℃と小さく、耐久性が優れていることが分かった。
【０１５９】
載置面への投影面から見て、ノズルの先端が板状体に熱が伝わり易い抵抗発熱体の間にあり、板状体を絶縁層を介して冷却すると、冷却時間が短く優れた特性を示すことが分かった。
【０１６０】
一方、抵抗発熱体の上に絶縁層を形成し、その上に抵抗発熱体を形成し、さらにその上に絶縁層を形成したもので、抵抗発熱体の上の絶縁層の上から冷却ガスを噴射して冷却した試料Ｎｏ．４は、冷却時間が３５８秒と大きく好ましくなかった。
【実施例２】
【０１６１】
実施例１の試料Ｎｏ．１〜３を作製し、各絶縁層の上面に凹凸をサンドブラスト法で形成した。凹凸面は略格子状の溝が形成されたものとし、溝の幅は３０μｍで、凸部の形状は正方形でその一辺の長さは４０μｍとし、凹部の深さは２０μｍとした。そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表２に示す。
【表２】
2006332410.tif 000004
【０１６２】
試料Ｎｏ．２１〜２３の何れも冷却時間が９５秒，１０２秒，１０８秒と、試料Ｎｏ．１〜３の冷却時間１３５秒，１４０秒，１５２秒より格段に小さく、絶縁層の上面が凹凸面であると優れた冷却特性を示すことが分かった。
【０１６３】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、凹凸面の凹部の形状は、載置面から見て載置面の中心から同心円上の環と中心から放射状に伸びる直線とからなる蜘蛛の巣状としてもよい。その場合には、冷却ガスが凹部を一様に通過することから、凹部と冷却ガスとの熱交換が大きくなるので、凹部を介して凹部から冷却ガスに熱が容易に伝わり凹部を急速に冷却することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】（ａ）は本発明のウェハ加熱装置の例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置の例における抵抗発熱体の形状を示す正面図である。
【図３】（ａ）は本発明のウェハ加熱装置における抵抗発熱体ゾーンを示す概略図であり、（ｂ）は環状の抵抗発熱体ゾーンを分割した一例を示す概略図である。
【図４】本発明のウェハ加熱装置の板状体と板状体の上に形成した絶縁層と抵抗発熱体とノズルの先端との位置関係を示す拡大断面図である。
【図５】（ａ）は本発明のウェハ加熱装置の板状体に形成した抵抗発熱体を覆う絶縁層とノズルの先端との位置関係を示す拡大断面図であり、（ｂ）は本発明のウェハ加熱装置における板状体と絶縁層とノズルの先端との位置関係の一例を示す概略図である。
【図６】他の本発明のウェハ加熱装置の板状体に形成した絶縁層と抵抗発熱体と、それを覆う絶縁層とノズルの先端との位置を示す拡大断面図である。
【図７】本発明の抵抗発熱体の間に位置する絶縁層の表面が凹凸面であることを示す部分拡大斜視図である。
【図８】本発明のウェハ加熱装置におけるヒータ部の抵抗発熱体の形状を示す正面図である。
【図９】従来のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図１０】従来のウェハ加熱装置におけるヒータ部の抵抗発熱体の形状を示す正面図である。
【符号の説明】
【０１６５】
Ｗ：半導体ウェハ
１：ウェハ加熱装置
２：板状体（板状セラミック体）
３：載置面
５：抵抗発熱体
６：給電部
８：ウェハ支持ピン
１０：温度センサー
１１：給電端子
１２，１４：絶縁層
１８：断熱部材
１９：ケース
２１：ベースプレート
２２：側壁部
２３：開口部
２４：ノズル
２７：温度センサー
Ｗ：半導体ウェハ
ＡＰ：ノズルの先端の位置（抵抗発熱体の帯の間）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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