(57)【要約】【課題】ウェハ加熱装置を使用する上で温度サイクルを繰り返すとウェハの面内温度差が大きくなるという問題があった。【解決手段】セラミックス板の一方の主面側をウェハを載せる載置面とし、上記セラミックス板の他方の表面または内部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記セラミックス板の他方の主面に有底孔を備え、該有底孔に測温素子を固定したウェハ加熱装置において、前記測温素子を金属抵抗体とそれを保持するセラミックス体とする。【選択図】      図１
2004235358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス板の一方の主面側をウェハを載せる載置面とし、上記セラミックス板の他方の表面または内部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記セラミックス板の他方の主面に有底孔を備え、該有底孔に測温素子を固定したウェハ加熱装置において、前記測温素子が金属抵抗体とそれを保持するセラミックス体とからなることを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
前記金属抵抗体が前記セラミックス体に埋設されたことを特徴とする請求項１記載のウェハ加熱装置。
【請求項３】
前記金属抵抗体の長手方向に垂直な断面積を２５〜４００００平方μｍとし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】
前記測温素子を前記載置面に対し略平行に設置した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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウェハを加熱するのに用いるウェハ加熱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するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、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）を加熱するためにウェハ加熱装置が用いられている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、まとめて複数のウェハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウェハの大きさが８インチから１２インチと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、一枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる手法が近年実施されている。しかしながら、枚葉式にすると１回当たりの処理数が減少するため、ウェハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウェハ加熱装置に対して、ウェハの加熱時間の短縮、ウェハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度精度の向上が要求されていた。
【０００４】
上記のようなウェハ加熱装置の例として、例えば特許文献１に示してあるようなウェハ加熱装置３１がある。このウェハ加熱装置３１は、図４に示すような、窒化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックスからなるセラミックス板３２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３３とし、他方の主面には絶縁層３４を介して抵抗発熱体３５および給電部３６が設置され、さらに弾性体３８により導通端子３７が給電部３６に押圧固定された構造のウェハ加熱装置３１が用いられていた。そして、前記セラミックス板３２は支持体４１にボルト４７により固定し、セラミックス板３２の温度を所定の温度に保つように、導通端子３７から抵抗発熱体３５に供給する電力を調節するシステムとなっていた。また、導通端子３７は、板状構造部４３に絶縁材３９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウェハ加熱装置３１の載置面３３には、凹部４５に挿入された支持ピン４４が設置されており、ウェハＷを載置面３３に載せた際にウェハＷが載置面３３から非接触となるようにしている。そして、支持ピン４４の上にレジスト液が塗布されたウェハＷを載せたあと、抵抗発熱体３５を発熱させることにより、セラミックス板３２を介して載置面３３上のウェハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼付けしてウェハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
また、セラミックス板３２を構成するセラミック材料としては、窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックスが用いられていた。
【０００７】
また、特許文献２には、測温素子として測温抵抗体を用いても良いことが示されていた。
【０００８】
また、測温抵抗体としては、例えば、特許文献３には図５に示されているような測温抵抗体４００の感温部をマグネシア、アルミナ、シリカ等の無機絶縁粉末４０２中に埋設し、金属シ−ス４０１内に充填した棒状の物が一般的に用いられる。
【０００９】
また、特許文献４に示されているような測温抵抗体の感温部を保護管内にエポキシ樹脂によって固定したものや特許文献５に示されているような測温抵抗体の感温部を絶縁油を介して保護管内に設置したものなどがある。
【００１０】
また、棒状以外では、特許文献６には図６に示されているような一方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープ５０１、他方の表面層を形成する耐熱性樹脂製テープ５０２、該テープ５０１と該テープ５０２とを接着する接着剤層、および該接着剤層中に配設されたテープ状測温抵抗体４００からなる積層体から構成されているテープ状の物がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００２−１１０５２４号
【特許文献２】
特開２００２−２４６１５２号
【特許文献３】
特開平１０−３２５７５９号
【特許文献４】
特開平６−３４７３３９号
【特許文献５】
実開平４−３０４４７号
【特許文献６】
特開平１２−９７７８０号
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなウェハ加熱装置において、温度分布の均一性は非常に重要である。その為、測温素子４０が検知する温度は常に一定である必要がある。しかしながら、測温素子４０に上記のような測温抵抗体素子を用いた場合、いずれの測温素子も感温部の保持が不安定な為、ウェハ加熱装置に温度サイクルが加わると、測温素子の感温部が動いてしまい検知温度がずれてしまうという問題があった。このような状態でウェハ加熱装置の温度制御をすると温度分布の均一性が崩れ、レジスト液の乾燥が不均一になるという問題を引き起こした。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セラミックス板の一方の主面側をウェハを載せる載置面とし、上記セラミックス板の他方の表面または内部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記セラミックス板の他方の主面に有底孔を備え、該有底孔に測温素子を固定したウェハ加熱装置において、前記測温素子が金属抵抗体とそれを保持するセラミックス体とからなることを特徴とする。
【００１４】
また、前記金属抵抗体が前記セラミックス体に埋設されたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記金属抵抗体の長手方向に垂直な断面積を２５〜４００００平方μｍとしたことを特徴とする。
【００１６】
また、前記測温素子を前記載置面に対し略平行に設置したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１８】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置１の一例を示す断面図で、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒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セラミックス板２の一方の主面を、ウェハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面にガラスからなる絶縁層４を介して抵抗発熱体５を形成したものである。
【００１９】
抵抗発熱体５のパターン形状としては、略円弧状の抵抗体と直線状抵抗体とからなる略同心円状をしたものや渦巻き状をしたものなど、載置面３を均一に加熱できるパターン形状であれば良い。均熱性を改善するため、抵抗発熱体５を複数のパターンに分割することも可能である。
【００２０】
また、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に導通端子７を弾性体８を介して押圧固定することにより、導通が確保されている。
【００２１】
さらに、セラミックス板２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、セラミックス板２側より弾性体８、座金１８を介在させてナット１９を螺着することにより支持体１１に弾性的に固定している。これにより、セラミックス板２の温度を変更したり載置面３にウェハを載せセラミックス板２の温度が変動した場合に支持体１１変形が発生しても、上記弾性体８によってこれを吸収し、これによりセラミックス板２の反りを防止し、ウェハＷ加熱におけるウェハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００２２】
また、支持体１１は複数の層から構成された板状構造体１３と側壁部からなり、該板状構造体１３には抵抗発熱体５に電力を供給するための導通端子７が絶縁材９を介して設置され、不図示の空気噴射口が形成されている。
【００２３】
本発明のウェハ加熱装置１は、上記測温素子１０が金属抵抗体１０２とそれを保持するセラミックス体１０１からなることを特徴とする。その理由は、ウェハ加熱装置１を温度分布の変動が少なく、長期間使用できるようにする為であり、金属抵抗体１０２を剛性の高いセラミックス体１０１で強固に保持することにより、金属抵抗体１０２に温度サイクルが加わっても熱応力による金属抵抗体１０２の移動が抑制され、その結果、測温素子１０の温度検知が安定するからである。
【００２４】
さらに、図２を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。図２は、本発明に用いられる測温素子１０の一例を示す断面図である。図２に示すように、棒状のセラミックス体１０１内に金属抵抗体１０２が埋設されており、金属抵抗体１０２の端部にはリード線１０３がロウ付けにより取り付けられている。このように金属抵抗体１０２を埋設した構造とすることで、熱応力等により金属抵抗体１０２に加わる不平衡な負荷が小さくなり、また金属抵抗体１０２を強固に保持できることから、金属抵抗体１０２の位置ズレが起こることなく耐久性に優れ、長期間、測温素子１０の温度検知が安定するという効果が更に大きくなり好ましい。
【００２５】
また、上記金属抵抗体１０２の長手方向に垂直な断面積は、２５〜４００００平方μｍとすることが望ましい。断面積が２５平方μｍ未満になると金属抵抗体１０２の強度が小さいことから、長期間使用すると金属抵抗体１０２に亀裂が入り抵抗値の変化を起こしてしまう。また逆に断面積が４００００平方μｍを越えると、測温素子１０を製造する際に、金属抵抗体１０２を埋設しセラミックス体１０１を焼成すると熱膨張差により金属抵抗体１０２とセラミックス体１０１の間に隙間が出来、金属抵抗体１０２の保持が不安定になってしまい、ウェハ加熱装置１に温度サイクルを加えると検知温度がずれてしまう虞があった。
【００２６】
そして、セラミックス板２の有底孔２１に、測温素子１０を有底孔２１の底面に対し、略平行に測温部を配置し、測温素子１０を載置面３に略平行に充填材２２等により充填保持されている。
【００２７】
測温部を有底孔２１の底面及び載置面３に略平行に配置することにより、セラミックス板２の温度を安定して正確に検知することが出来る。
【００２８】
また、セラミックス体１０１の材質としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸化アルミニウムのうち少なくとも１種類を主成分とし、その熱伝導率は１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることが望ましい。これは、セラミックス板２の温度が急激に変わっても素早く温度を検知できるからである。
【００２９】
また、金属抵抗体１０２の材質としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ及びＰｔのうちの少なくとも１種の貴金属を主成分とすることが好ましい。特に、Ｐｔ及びＡｕがより好ましく、更に、Ｐｔは高温において酸化し難く、融点も十分に高いため温度精度と耐久性の点から最も好ましい。
【００３０】
測温素子１０の製法としては、所定形状の金型中にセラミック原料粉末を充填し、さらに、コイル状の金属抵抗体１０２を該セラミック原料粉末中に埋設させ、加圧処理して金属抵抗体１０２が埋設されたセラミック成形体とする。そして、該セラミック成形体をホットプレス焼成することにより、セラミック体１０１が得られる。さらに、該セラミック体１０１端部に研削加工を施し、セラミック体１０１より金属抵抗体１０２を露出させ、露出した金属抵抗体１０２にリード線１０３を真空中、もしくは不活性ガス中でロウ付けすることにより、図２に示す測温素子１０が得られる。
【００３１】
また、図３に示すような板状のセラミック体１０１上に金属抵抗体１０２を印刷法等で形成し、さらに不図示の保護ガラスでコーティングした構造の測温素子１０も用いることもできる。
【００３２】
また、有底孔２１の開口部の面積は、１ｍｍ２〜３０ｍｍ２とすることが望ましい。有底孔２１の開口部の面積が１ｍｍ２より小さいと測温素子１０の設置及び測温素子１０を固定する充填材２２の充填にムラが生じ易く測定した温度がばらついてしまう。また、３０ｍｍ２より大きいと、抵抗発熱体５間のギャップが大きくなり、ウェハＷ表面の温度分布が大きくなるので好ましくない。
【００３３】
また、有底孔２１の深さｄは、セラミックス板２の厚みｔに対し１／４ｔ≦ｄ≦３／４ｔとすることが望ましい。該深さｄが１／４ｔより小さいと載置面３との距離が大きくなるため測温にずれが生じ、ウェハを目的の温度に昇温させられない。また、３／４ｔより大きくなると逆に温度のオーバーシュートが大きくなりすぎるため望ましくない。
【００３４】
なお、抵抗発熱体５を複数のゾーンに分割して温度制御する場合は、ゾーンの数に応じて、測温素子１０の数を増やすことが好ましい。これにより、ウェハＷの温度をより実温に近い値に制御することが可能となる。また、この場合は特に、測温素子１０の個々の設置条件を均一にする必要がある。これは、個々の測温素子１０間の温度検知がばらつくと、個々の抵抗発熱体５の制御がばらつき、昇温過渡時のウェハの温度分布に悪影響を与えるためである。
【００３５】
さらに、図１において、金属製の支持体１１は、側壁部と板状構造体１３を有し、板状構造体１３には、その面積の５〜５０％にあたる開口部が形成されている。また、板状構造体１３には、必要に応じて他に、セラミックス板２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６と導通するための導通端子７、セラミックス板２を冷却するための不図示のガス噴出口を設置する。
【００３６】
また、不図示のリフトピンは支持体１１内に昇降自在に設置され、ウェハＷを載置面３上に載せたり、載置面３より持ち上げるために使用される。そして、このウェハ加熱装置１により半導体ウェハＷを加熱するには、不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウェハＷをリフトピンにより支持したあと、リフトピンを降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。次に、給電部６に通電して抵抗発熱体５を発熱させ、絶縁層４及びセラミックス板２を介して載置面３上のウェハＷを加熱する。
【００３７】
このとき、本発明によれば、セラミックス板２を炭化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、もしくは窒化アルミニウム質焼結体により形成してあることから、熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間を短くすることができ、生産性を高めることができるとともに、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体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。しかも、大気中の水分等と反応してガスを発生させることもないため、半導体ウェハ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。
【００３８】
ところで、このような特性を満足するには、セラミックス板２の板厚を１ｍｍ〜７ｍｍとすることが良い。これは、板厚が１ｍｍ未満であると、板厚が薄すぎるために温度ばらつきを平準化するというセラミックス板２としての効果が小さく、抵抗発熱体５におけるジュール熱のばらつきがそのまま載置面３の温度ばらつきとして現れるため、載置面３の均熱化が難しいからであり、逆に板厚が７ｍｍを越えると、セラミックス板２の熱容量が大きくなり過ぎ、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間や温度変更時の冷却時間が長くなり、生産性を向上させることができないからである。
【００３９】
また、以上詳述した本発明のウェハ加熱装置１において、図１に示すように、セラミックス板２の表面に、絶縁層４を介して抵抗発熱体５を形成し、抵抗発熱体５を露出させてあることから、使用条件等に合わせて載置面３の温度分布が均一となるように、抵抗発熱体５にトリミングを施して抵抗値を調整することもできる。
【００４０】
また、セラミックス板２を形成するセラミックスとしては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分とするものを使用することができる。炭化珪素質焼結体としては、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とイットリア（Ｙ２Ｏ３）を含有し１９００〜２２００℃で焼成した焼結体を用いることができ、また、炭化珪素はα型を主体とするもの、あるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
【００４１】
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量％混合し、２０００〜２２００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。
【００４２】
そして、窒化硼素質焼結体としては、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４５重量％の窒化アルミニウムと５〜１０重量％の希土類元素酸化物を混合し、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。窒化硼素の焼結体を得る方法としては、他に硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法があるが、この場合熱伝導率が著しく低下するので好ましくない。
【００４３】
また、窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ２Ｏ３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ２量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ２を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。ここで示すＳｉＯ２量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ２と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ２と、意図的に添加したＳｉＯ２の総和である。
【００４４】
また、窒化アルミニウム質焼結体としては、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ２Ｏ３やＹｂ２Ｏ３等の希土類元素酸化物と必要に応じてＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。
【００４５】
これらの焼結体は、その用途により材質を選択して使用する。例えば、レジスト膜の乾燥に使用する場合は、窒化物は水分と反応してアンモニアガスを発生し、これがレジスト膜に悪影響を及ぼすので使用できない。また、８００℃程度の高温で使用する可能性のあるＣＶＤ用のウェハ加熱装置の場合は、ガラスを多く含む窒化硼素系の材料は、セラミックス板２が使用中に変形してしまい均熱性が損なわれてしまう可能性がある。
【００４６】
さらに、セラミックス板２の載置面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。
【００４７】
一方、炭化珪素質焼結体をセラミックス板２として使用する場合、多少導電性を有するセラミックス板２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層４としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが５００μｍを越えると、セラミックス板２を形成する炭化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるために、クラックが発生して絶縁層４として機能しなくなる。その為、絶縁層４としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは１００μｍ〜５００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは１５０μｍ〜４００μｍの範囲で形成することが良い。
【００４８】
炭化珪素質焼結体からなるセラミックス板２の表面に絶縁層４を形成する場合、予め表面を酸化処理することにより、０．０１〜２μｍ厚みのＳｉＯ２からなる酸化膜１２を形成したのち、さらにその表面に絶縁層４を形成する
また、セラミックス板２を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合は、セラミックス板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４を形成する。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。
【００４９】
なお、ガラスから成る絶縁層４をセラミックス板２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストをセラミックス板２の中心部に適量落とし、スピンコーティング法にて伸ばして均一に塗布するか、あるいはスクリーン印刷法、ディッピング法、スプレーコーティング法等にて均一に塗布したあと、６００℃の温度で焼き付ければ良い。また、予め炭化珪素質焼結体又は炭化硼素質焼結体から成るセラミックス板２を１２００℃程度の温度に加熱し、絶縁層４を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００５０】
さらに、絶縁層４上に被着する抵抗発熱体５としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属単体を、蒸着法やメッキ法にて直接被着するか、あるいは前記金属単体や酸化レニウム（Ｒｅ２Ｏ３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ３）等の酸化物を導電材として含む樹脂ペーストやガラスペーストを用意し、所定のパターン形状にスクリーン印刷法等にて印刷したあと焼付けて前記導電材を樹脂やガラスから成るマトリックスで結合すれば良い。マトリックスとしてガラスを用いる場合、結晶化ガラス、非晶質ガラスのいずれでも良いが、熱サイクルによる抵抗値の変化を抑えるために結晶化ガラスを用いることが好ましい。
【００５１】
ただし、抵抗発熱体５に銀又は銅を用いる場合、マイグレーションが発生する恐れがあるため、このような場合には、抵抗発熱体５を覆うように絶縁層４と同一の材質もしくは抵抗発熱体５のマトリックス成分と同等の材質から成る保護膜を３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００５２】
また、抵抗発熱体５を内蔵するタイプのセラミックス板２に関しては、熱伝導率が高く電気絶縁性が高い窒化アルミニウム質焼結体を用いることが好ましい。この場合、窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含有する原料を十分混合したのち円盤状に成形し、その表面にＷもしくはＷＣからなるペーストを抵抗発熱体５のパターン形状にプリントし、その上に別の窒化アルミニウム成形体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で焼成することにより抵抗発熱体５を内蔵したセラミックス板２得ることが出来る。また、抵抗発熱体５からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホール１９を形成し、ＷもしくはＷＣからなるペーストを埋め込んだ後焼成するようにして表面に電極を引き出すようにすれば良い。また、給電部６は、ウェハＷの加熱温度が高い場合、Ａｕ、Ａｇ等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホール１９の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の抵抗発熱体５の酸化を防止することができる。
【００５３】
上記絶縁層４を形成するガラスの特性としては、結晶質又は非晶質のいずれでも良く、例えばレジスト乾燥用に使用する場合、耐熱温度が２００℃以上でかつ２０℃〜２００℃の温度域における熱膨張係数がセラミックス板２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×１０−７／℃の範囲にあるものを適宜選択して用いることが好ましい。即ち、熱膨張係数が前記範囲を外れたガラスを用いると、セラミックス板２を形成するセラミックスとの熱膨張差が大きくなりすぎるため、ガラスの焼付け後の冷却時において、セラミックス板２に反りが発生したり、クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００５４】
【実施例】
実施例  １
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４ｍｍ、外径２３０ｍｍの円盤状をしたセラミックス板２を複数製作し、抵抗発熱体５のブロック毎の温度を測定するための測温素子１０設置用の深さ２．３ｍｍで直径１ｍｍの有底孔２１を加工する。その後、１０００℃×２時間の酸化処理により表面に酸化皮膜を形成し、各セラミックス板２の一方の主面に絶縁層４を被着するため、ガラス粉末に対してバインダーとしてのエチルセルロースと有機溶剤としてのテルピネオールを混練して作製したガラスペーストをスクリーン印刷法にて敷設し、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、５５０℃で３０分間脱脂処理を施し、さらに７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、ガラスからなる厚み２００μｍの絶縁層４を形成した。次いで絶縁層４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Ｐｔ粉末を添加したガラスペーストを、スクリーン印刷法にて所定のパターン形状に印刷したあと、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は中心部と外周部を周方向に４分割した５パターン構成とした。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６を導電性接着剤にて固着させることにより、セラミックス板２を製作した。
【００５５】
その後、分割されたそれぞれの抵抗発熱体５パターンの測温部の有底孔２１に直径０．５ｍｍで長さ３ｍｍの測温素子１０を、セラミックス体１０１が前記有底孔２１にセラミックス板２に対し略垂直に埋め込み、間に充填材を充填した。
【００５６】
また、金属抵抗体１０２を酸化アルミニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウムの３種類のセラミック体１０１に埋設した物と、図３に示すシートタイプの測温素子の金属抵抗体１０２の保持部材として酸化アルミニウム質セラミックスからなるものを準備した。以上計６種類の測温素子を準備した。
【００５７】
尚、シートタイプの測温素子１０の形状は４ｍｍ角、厚み１ｍｍとした。
【００５８】
また、支持体１１は、主面の３０％に開口部を形成した厚み２．５ｍｍのステンレスからなる２枚の板状構造体１３を準備し、この内の１枚に、１０本の導通端子７を所定の位置に形成し、同じくステンレスからなる側壁部とネジ締めにて固定して支持体１１を準備した。
【００５９】
その後、前記支持体１１の上に、発熱パターン形成部の略中央部に該有底孔２１を形成し、測温素子１０を設置し、充填材で保持固定したセラミックス板２を重ね、その外周部を弾性体８を介してネジ締めすることにより図１に示した本発明のウェハ加熱装置１とした（試料Ｎｏ．６〜８，１０）。
【００６０】
また、測温抵抗素子として、ステンレス製保護管内に金属抵抗体を酸化アルミニウム粉末、酸化マグネシウム粉末、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、絶縁油の５種類の材料を介して設置した物と、図３に示すシートタイプの測温素子の金属抵抗体１０２の保持部材としてポリイミド樹脂からなるものを準備し、前記と同様の工程で測温素子を取り付け比較例としてウェハ支持部材（試料Ｎｏ．１〜５、９）を作製した。
【００６１】
そして、このようにして得られた本発明のウェハ支持部材試料Ｎｏ．６〜８、９と比較例として作製したウェハ支持部材試料Ｎｏ．１〜５、９の１０個のウェハ加熱装置の導電端子に通電して２５０℃で保持し、載置面の上に載せたウェハＷの表面の温度分布をウェハＷの中心とウェハ半径の１／２の周上の６分割点６点の合計７点の温度バラツキが１℃以下となるように温度コントローラーの設定温度を各発熱パターンの制御チャンネル毎に補正し、その際のウェハの温度バラツキを測定した。
【００６２】
その後、ウェハ加熱装置に９０℃から２５０℃に２分で昇温し２５０℃で１分間保持した後９０℃に４分で降温する温度サイクルを１００００サイクル加え、温度サイクルを加える前と後で、ウェハ表面の温度分布を測定し、温度サイクル前後の温度差を各測定点毎に求め、その最大値を温度変化量△Ｔとした。
【００６３】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００６４】
【表１】
2004235358.tif 000003
【００６５】
表１から判るように、金属抵抗体１０２をセラミックス体１０１で保持した試料Ｎｏ．６〜８、１０は、温度サイクル前後の温度変化量△Ｔが０．５℃以下で良好であった。
【００６６】
しかし、金属抵抗体を粉末充填剤や樹脂充填剤や絶縁油で保持した試料Ｎｏ．１〜５、９は、温度サイクル前後の温度分布差△Ｔが０．５℃を越えて大きく好ましくないことが分った。
【００６７】
従って、金属抵抗体は、剛性の高いセラミックス体に保持されることで、温度サイクルによる金属抵抗体の移動が抑制されることから温度サイクルを繰り返しても測温精度が高く信頼性の高いウェハ加熱装置を作製できた。
【００６８】
（実施例  ２）
ここでは、測温素子１０の金属抵抗体１０２の長手方向の断面積の影響について調査した。セラミック体１０１を酸化アルミニウム質セラミックスとし、金属抵抗体１０２の断面積を１０、２５、１００、２５００、１００００、２００００、４００００、５００００平方μｍの８種類を酸化アルミニウム質セラミックに埋設した測温素子１０を準備し、実施例１と同様の評価をした。
【００６９】
結果を表２に示した。
【００７０】
【表２】
2004235358.tif 000004
【００７１】
表２から判るように、断面積が２５〜４００００平方μｍの試料２２〜２７は、温度サイクル前後の温度変化量△Ｔが０．２℃以下と小さく更に好ましいことが分った。
【００７２】
しかし、試料Ｎｏ．２１のように断面積が２５平方μｍ未満になると温度変化量が０．３℃とやや大きい。これは金属体の強度が低くなり過ぎる為、温度サイクルにより金属抵抗体に亀裂が入り抵抗変化を起こしたと考えられる。
【００７３】
また、逆に試料Ｎｏ．２８のように断面積が４００００平方μｍを越えると、温度変化量が０．３０℃とやや大きくなった。これは測温素子を製造する際、金属抵抗体１０３を埋設しセラミックス体１０１を焼成すると熱膨張差により金属抵抗体１０３とセラミックス体１０１の間に隙間が出来、金属抵抗体１０３の保持が不安定になってしまい、その結果ウェハ加熱装置に温度サイクルを加えると温度検知がずれたと考えられる。
【００７４】
（実施例  ３）
ここでは、測温素子１０の設置方法の影響について調査した。測温素子１０を有底孔２１の底面に対し水平、垂直の２種類準備した。水平品については有底孔２１を直径４ｍｍで深さ２．３ｍｍとし、測温素子１０が有底孔２１底面に接触するように設置し載置面３と平行となるよう充填材で固定した。また測温素子が載置面３と垂直となる試料は、実施例１と同様に作製した。
【００７５】
また、セラミック体１０１を酸化アルミニウム質セラミックスとし、金属抵抗体１０２の断面積１００００平方μｍとした。そして、実施例１と同様の評価をした。
【００７６】
結果を表３に示した。
【００７７】
【表３】
2004235358.tif 000005
【００７８】
表３から判るように、試料Ｎｏ．３１のように測温素子を水平に設置することにより、温度サイクル前後の温度変化量△Ｔが０．１℃以下とさらに小さくすることができることが分った。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックス板の一方の主面側をウェハを載せる載置面とし、上記セラミックス板の他方の表面または内部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記セラミックス板の他方の主面に有底孔を備え、該有底孔に測温素子を固定したウェハ加熱装置において、前記測温素子が金属抵抗体とそれを保持するセラミックス体とすることで、温度サイクルを加えてもウェハを均一に加熱することができ耐久性良好なウェハ加熱装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置に用いた測温素子の一例を示す断面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置に用いた測温素子の一例を示す斜視図である。
【図４】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図５】従来の測温抵抗素子の一例を示す断面図である。
【図６】従来の測温抵抗素子の一例を示す図である。
【符号の説明】
１、３１：ウェハ加熱装置
２、３２：セラミックス板
３、３３：載置面
４、３４：絶縁層
５、３５：抵抗発熱体
６、３６：給電部
７、３７：支持体
８、３８：弾性体
１４、４４：支持ピン
１０：測温素子
２１：凹部
２２：充填材
４０：測温素子
Ｗ：半導体ウェハ
１０１：セラミックス体
１０２：金属抵抗体
１０３：リード線
【図１】
2004235358.tif 000006
【図２】
2004235358.tif 000007
【図３】
2004235358.tif 000008
【図４】
2004235358.tif 000009
【図５】
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【図６】
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