(57)【要約】【課題】ウエハ加熱装置において、ウェハの面内温度バラツキが大きく、ウエハを差し替えした際に温度が安定するまでの時間が大きいとの問題があった。【解決手段】板状セラミックス基板の一方の主面側をウェハを載せる載置面とし、他方の主面に抵抗発熱体を備えたウエハ加熱装置において、前記板状セラミックス基板の他方の主面の算術平均表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、かつ、他方の主面の径方向の表面の表面粗さＲａ１と周方向の表面粗さＲａ２の比率が０．１≦Ｒａ２／Ｒａ１とする。【選択図】　　　図１
2004031631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミックス基板の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、他方の主面または内部に抵抗発熱体を備えたウエハ加熱装置において、前記板状セラミックス基板の他方の主面の表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、かつ、他方の主面の径方向の表面粗さＲａ１と、周方向の表面粗さＲａ２の比率が０．１≦Ｒａ２／Ｒａ１であることを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
前記板状セラミックス基板の一方の主面の表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、かつ前記一方の主面の径方向の表面粗さＲａ３と、周方向の表面粗さＲａ４の比率が０．５≦Ｒａ４／Ｒａ３であることを特徴とする請求項１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、主にウエハを加熱するのに用いるウエハ加熱装置に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶基板あるいは回路基板等のウエハ上に半導体薄膜を生成したり、前記ウエ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ウェハ加熱装置に関する。
【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、半導体ウエハ（以下、ウエハと略す）を加熱するためにウエ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、まとめて複数のウエハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウエハの大きさが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、ウエハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウエハ加熱装置に対して、ウエハの加熱時間の短縮、迅速化と同時に加熱温度の精度の向上が要求されていた。
【０００４】
このうちウエハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、図４に示すような、窒化アルミニウムやアルミナ等のセラミックスからなる板状セラミックス基板３２の一方の主面をウエハＷを載せる載置面３３とし、他方の主面には抵抗発熱体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に押圧し固定された構造のウエハ加熱装置３１が用いられていた。そして、前記板状セラミックス基板３２は支持体４１にボルト４７により固定され、さらに板状セラミックス基板３２の内部には測温素子４０が挿入され、これにより板状セラミックス基板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に供給され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に絶縁層３９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、ウエハ加熱装置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、ウエハＷを載置面３３に載せた際にウエハＷが載置面３３から非接触となるようにしている。そして、該支持ピン４４上にレジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、抵抗発熱体３５を発熱させることにより、板状セラミックス基板３２を介して載置面３３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼付けしてウエハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００６】
また、特開平１１−４０３３０号公報に板状セラミックス基板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開示されている。
【０００７】
また、特開２００１−１６８１７７号公報には上記板状セラミックス基板３２の表面粗さについて、ウエハ保持面と反対側の表面粗さの差が５０％以内とすることにより、セラミックス基板を加熱した際のそりを抑えることが示されている。このような板状セラミックス基板３２の表面は、平面研削盤で一方向に研削加工した後、サンドブラスト加工していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようなウエハ加熱装置において、近年半導体配線の微細化の為に用いられるようになってきた化学増幅型レジストの熱処理に於いては、ウエハＷを板状セラミックス基板３２上に差し替えした際に温度が安定するまでの過渡特性やウエハ面内の温度バラツキが、化学増幅型レジストの露光処理に極めて重要であり、従来に増して、均一かつ応答性の良い温度制御が必要となってきている。しかしながら、板状セラミックス基板３２に熱伝導率のよいセラミック基板を用いても、ウエハＷを板状セラミックス基板３２上に差し替えした際に温度が安定するまでの時間やウエハ面内の温度バラツキが大きいとの問題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、板状セラミックス基板の一方の主面側を、ウェハを載せる載置面とし、前記板状セラミックス基板の他方の主面または内部に抵抗発熱体を備えたウエハ加熱装置において、前記板状セラミックス基板の他方の主面の表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、かつ他方の主面の径方向の表面粗さＲａ１と周方向の表面粗さＲａ２の比率を０．１≦Ｒａ２／Ｒａ１としたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記板状セラミックス基板の一方の主面の表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、かつ、前記主面の径方向の表面粗さＲａ３と、周方向の表面粗さＲａ４の比率を０．５≦Ｒａ４／Ｒａ３とする。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１は本発明に係るウエハ加熱装置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板状セラミックス基板２の一方の主面をウエハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に抵抗発熱体５を形成したものである。
【００１３】
図２は抵抗発熱体５のパターン形状の一例を示す。抵抗発熱体５のパターン形状としては、円弧状のパターンと円弧状のパターンを繋ぐ連結パターンとからなり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が好ましい。
【００１４】
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。
【００１５】
さらに、板状セラミックス基板２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、板状セラミックス基板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、板状セラミックス基板２の温度を変更したり載置面３にウエハＷを載せ板状セラミックス基板２の温度が変動した場合に支持体１１の変形が発生しても、上記弾性体８によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス基板２の反りを防止し、ウエハＷ加熱におけるウエハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００１６】
本発明のウェハ加熱装置１は、抵抗発熱体５を形成する板状セラミックス基板２の他方の主面の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａを０．０１〜５μｍとしてある。表面粗さＲａが０．０１μｍより小さいと、板状セラミックス基板２と抵抗発熱体５との密着が悪くなり、抵抗発熱体５がはがれる虞がある。また、表面粗さＲａが５μｍを越えると、表面粗さＲａの大きな点を起点として、板状セラミックス基板２が破壊する可能性がある。更に好ましくは、Ｒａ０．０５μｍ〜０．５μｍである。
【００１７】
尚、上記表面粗さＲａは以下のようにして求める。まず、図２に示す様に抵抗発熱体５を形成する前の板状セラミックス体２の直径方向に表面粗さ計の触針を移動させ測定した径方向の表面粗さＲａ１と、これと直角な周方向に触針を移動させ測定したＲａ２とを求める。それぞれ板状セラミックス基板２の中心を除き、中心から半径方向に半径の約１／３、約２／３の位置で、それぞれ２箇所及び３箇所の計５箇所の各２方向で測定し、その平均値を求め、これを他方の主面の表面粗さＲａとした。
【００１８】
また、表面粗さＲａは測定長さが２．５ｍｍ、カットオフ値が０．８ｍｍ、測定倍率が５０００倍、測定速度が０．３ｍｍ／Ｓの条件で測定した。
【００１９】
また、上記のように測定したとき、板状セラミックス基板２の他方の主面の径方向の表面粗さＲａ１と周方向の表面粗さＲａ２の比率Ｒ（＝Ｒａ２／Ｒａ１）が０．１≦Ｒａ２／Ｒａ１であることが望ましい。
【００２０】
比率Ｒ（＝Ｒａ２／Ｒａ１）が０．１より小さいと、Ｒａ１が大き過ぎることから、図２に示す抵抗発熱体５の複数のパターン間にパターンのにじみが生じ、絶縁が取れなくなる恐れがある。一方、比率Ｒが０．１以上であると、板状セラミックス基板２の表面に同心円状の凹凸が発生していることから、抵抗発熱体５の大部分を形成する円弧状パターンの径方向へのにじみが小さく、円弧状パターンの間隔を０．８ｍｍ程としてもパターン間で短絡したり漏電することがなく、抵抗発熱体５のパターンを密に配線できることから、ウェハＷを均一に加熱することができる。
【００２１】
すなわち、板状セラミックス基板２の他方の主面に、周方向に均一な加工スジを備え、上記の表面粗さＲａの範囲内とすることにより円弧状パターンを精度良く板状セラミックス基板に配設することができる事を見いだした。
【００２２】
更に好ましくは、比率Ｒは０．１〜０．８である。比率Ｒが０．８を超えると板状セラミックス基板２を加熱した際に、板状セラミックス基板２の変形が大きくなり温度バラツキや温度が安定するまでの時間が長くなる虞があった。
【００２３】
特開２００１−１６８１７７号公報に記載の板状セラミックス基板３２は、一般的な平面研削盤によるダイヤモンドホイールで厚み研削加工した後、研削した加工面をサンドブラストにより表面加工しており、研削方向と該研削方向に直角な方向で表面粗さが異なると考えられる。しかし、本発明は、径方向Ｒａ１と周方向Ｒａ２の表面粗さの比率に着目し、残留応力を制御することにより、板状セラミックス基板２を加熱した時の変形を小さくしたもので、前記公報に記載の方法と異なることは明白である。
【００２４】
更に、理由は明らかでないが、他方の主面の表面粗さＲａを０．０１〜５μｍとすることで、抵抗発熱体５の円弧状パターンの巾や円弧状パターンをつなぐ連結パターンの巾の精度が高くなり、ばらつきを小さくすることができることから、ウエハＷを板状セラミックス基板２上に差し替えた直後に、ウェハＷの温度が一定の温度に安定するまでの時間が小さく、過渡特性が優れることが判明した。
【００２５】
また、他方の主面の表面粗さＲａが０．０１〜５μｍで０．１≦Ｒａ２／Ｒａ１を満足する板状セラミック基板２の一方の表面に抵抗発熱体５を形成すると、他方の主面に残留応力が残る。そして、板状セラミックス基板２を抵抗発熱体５で加熱すると残留応力により板状セラミックス基板２が反ろうとするが、板状セラミックス基板２の一方の主面にこの応力を打ち消す残留応力を加工歪として備えると、加熱による反りが、更に小さくなる事を見いだした。
【００２６】
つまり、上記の板状セラミックス基板２の反り小さくするには、板状セラミックス基板２の一方の主面の表面粗さＲａを０．０１〜５μｍとし、かつ、前記一方の主面の径方向の表面粗さＲａ３と周方向の表面粗さＲａ４の比率Ｒ０（＝Ｒａ４／Ｒａ３）が０．５≦Ｒａ４／Ｒａ３であることが好ましい。
【００２７】
板状セラミックス基板２の一方の主面の表面粗さＲａが０．０１μｍ未満では、一方の主面の残留応力が小さく他方の主面の残留応力を緩和する効果が小さく、５μｍを超えると加工による残留応力や加工傷が大きくなり、加熱により破損することがあった。また、Ｒａ４／Ｒａ３の値が０．５を下回ると板状セラミックス基板２の一方の主面の径方向の表面粗さが大きくなり過ぎて残留応力が大きくなり、加熱した際に板状セラミックス基板２の一方の主面が凸となるように反りウェハＷ表面の温度差が大きくなったり、ウェハＷの温度が安定するまでの時間が大きくなる虞があった。
【００２８】
従って、板状セラミックス基板２の一方の主面の表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、且つ、前記主面の径方向の表面粗さＲａ３と周方向の表面粗さＲａ４の比率Ｒ０（＝Ｒａ４／Ｒａ３）が０．５≦Ｒａ４／Ｒａ３とすると、板状セラミックス基板２の加熱による反りが小さくなり、ウエハＷを板状セラミックス基板２上に差し替えた直後に、ウェハＷの温度が一定の温度に安定するまでの時間が小さくなり、更に優れた過渡特性を示す事を究明できた。
【００２９】
尚、一方の主面の表面粗さＲａの測定方法は他方の主面の測定方法と同様である。即ち、図３に示す様に板状セラミックス体２の一方の主面である載置面３の直径方向に表面粗さ計の触針を移動させ径方向の表面粗さＲａを測定し、これと直角な周方向に触針を移動させ周方向の表面粗さＲａを測定する。それぞれ板状セラミックス基板２の中心を除き、中心から半径方向に半径の約１／３、約２／３の位置でそれぞれ２箇所及び３箇所の計５箇所で、上記の各２方向について表面粗さを測定し、その平均値を求め一方の主面の表面粗さＲａとした。また、上記５箇所の径方向の表面粗さの平均値をＲａ３とし、同様に周方向の表面粗さの平均値をＲａ４とした。また、表面粗さＲａは測定長さが２．５ｍｍ、カットオフ値が０．８ｍｍ、測定倍率が５０００倍、測定速度が０．３ｍｍ／Ｓの条件で測定した。
【００３０】
次に、板状セラミックス基板２の表面粗さを上記の範囲とする加工方法について説明する。
【００３１】
板状セラミック基板２の加工方法として以下に示す２つの加工方法で実施した。
▲１▼：ロータリ研削盤を使い、加工スジを同心円状とした。
▲２▼：▲１▼の研削加工後に遊離砥粒を用いて上記の加工スジを消しランダムな方向とした。
【００３２】
▲１▼の加工方法は、テーブルの中心に板状セラミック基板２を固定させた後、テーブルを回転させ、回転したダイヤモンドホイールを回転軸方向に移動させ研削加工した。
【００３３】
単に、上記の方法で板状セラミックス基板２の片面のみ加工し、残る片面を歪のない鏡面加工とした板状セラミックス基板は片面のみ周方向に加工スジを有するが、この板状セラミックス基板２を用いたウェハ加熱装置は加熱時の基板の変形が同心円状となり、中心部と外周部の温度ばらつきが大きくなる傾向が見られた。また、ウェハＷの温度が安定するまでの時間が大きくなる傾向が見られた。
【００３４】
▲２▼の加工方法は、回転する定盤の上で遊星運動するキャリヤで板状セラミックス基板２を支え、板状セラミックス基板の上に重石を乗せ、遊離砥粒としてダイヤモンド砥粒の入った研削液を滴下しながらラッピング加工する。定盤は回転し、板状セラミック基板も自転しながら公転することから、板状セラミックス基板２の表面の加工スジがランダムとなった。
【００３５】
さらに、ラッピング加工では、重石の大きさや形状を変えることにより加工面の凹凸形状を微妙に調整できることが特徴である。そして、本発明の板状セラミックス基板２の一方の主面は、上記の加工面が同心の凹形状となることが好ましい。このような形状とすることで過渡時のウェハＷ表面の温度差を更に小さくすることができる。
【００３６】
また、上記の凹形状は、ブラストによる研磨でも同様形状が得られるが、過渡時のウェハＷ表面の温度差を小さくする効果は小さく、ラッピング加工による効果が大きい事が分った。
【００３７】
次に、他の構成について説明する。
【００３８】
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や測温素子保持部が形成されている。
【００３９】
板状セラミックス基板２には各抵抗発熱体５の複数のパターンに対応して測温素子１０を保持する部分に凹部２１を形成されている。そして、該凹部２１には、測温素子１０の測温接点を配置し、充填材２２等により充填保持する。また、測温接点は、凹部２１の底に接するように設置するか、もしくは前記底からの熱をすぐに検知できるように、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の高熱伝導性の金属箔を介して前記凹部２１の底に設置する。
【００４０】
測温素子１０として用いる熱電対の材質については、Ｐｔ／Ｒｈ−Ｐｔ／Ｒｈ系、Ｐｔ／Ｒｈ−Ｐｔ系、Ｎｉ／Ｃｒ／Ｓｉ−Ｎｉ／Ｓｉ／Ｍｇ系、Ｎｉ／Ｃｒ−Ａｌ／Ｍｎ系、Ｎｉ／Ｃｒ−Ｃｕ／Ｎｉ系、Ｃｕ−Ｃｕ／Ｎｉ系、Ｗ−Ｒｅ系等が使用可能であり、使用雰囲気や温度に対して適切なものを選定すればよい。例えば、大気中３００℃以下で用いるような場合には、Ｎｉ／Ｃｒ−Ａｌ／Ｍｎ系やＰｔ／Ｒｈ−Ｐｔ系やＮｉ／Ｃｒ−Ｃｕ／Ｎｉ系等が望ましく、還元性雰囲気下においては、Ｆｅ−Ｃｕ／Ｎｉ系等が望ましい。
【００４１】
また、測温素子１０の先端部には、測温接点が形成されている。測温接点は、測温検知のバラツキを小さくするために、レーザー溶接等により溶融接合し、均一な形状で形成することが望ましい。また、測温接点以降については、素線同士の接触による測温障害を防止するために適当な角度で引き出されているが、測温接点以外からの受熱を避けるため凹部２１に接触しない程度の角度にすることが望ましい。
【００４２】
また、測温素子１０の素線同士の接触による測温障害を防ぐ為、測温接点以降は適当な角度をつけて、素線同士が接触しないように設置することも重要である。また、測温素子１０の素線自体に樹脂コート・ガラスコート・セラミックコート等の絶縁材料をコーティングしたものを用いることも有効である。更に、必要に応じて、充填材２２で保持した以降の部分に絶縁スリーブ等を用いても良い。
【００４３】
充填材２２で保持していない部分については、絶縁性のスリーブ等で保護することが望ましい。また、素線自体にもガラスコートやセラミックコート等の絶縁被覆を施したものを使用することも可能である。
【００４４】
さらに、金属製の支持体１１は、側壁部と板状構造体１３を有し、該板状構造体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、該板状構造体１３には、必要に応じて他に、板状セラミックス基板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、板状セラミックス基板２を冷却するためのガス噴出口、板状セラミックス基板２の温度を測定するための測温素子１０を設置する。
【００４５】
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、ウエハ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、このウエハ加熱装置１によりウエハ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エハ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エハ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、板状セラミックス基板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。
【００４６】
このとき、本発明によれば、板状セラミックス基板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、半導体ウエハ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。
【００４７】
ところで、このような特性を満足するには、板状セラミックス基板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板状セラミックス基板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、板状セラミックス基板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。
【００４８】
また、以上詳述した本発明のウエハ加熱装置１において、図１に示すように、板状セラミックス基板２の表面に、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。
【００４９】
また、板状セラミックス基板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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス基板２として使用する場合、多少導電性を有する板状セラミックス基板２と抵抗発熱体５との間の絶縁を保つ絶縁層を形成しても良い。絶縁層としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能であり、ガラスを用いる場合、その厚みが１００μｍ未満では耐電圧が１．５ｋＶを下回り絶縁性が保てず、逆に厚みが５００μｍを越えると、板状セラミックス基板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。
【００５５】
炭化珪素質焼結体からなる板状セラミックス基板２の表面に絶縁層を形成する場合、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を形成する。
【００５６】
また、板状セラミックス基板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、板状セラミックス基板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を形成しても良い。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。
【００５７】
次に、絶縁層に樹脂を用いる場合、その厚みが３０μｍ未満では、耐電圧が１．５ｋＶを下回り、絶縁性が保てなくなるとともに、抵抗発熱体５にレーザー加工等によってトリミングを施した際に絶縁層を傷付け、絶縁層として機能しなくなり、逆に厚みが４００μｍを越えると、樹脂の焼付け時に発生する溶剤や水分の蒸発量が多くなり、板状セラミックス基板２との間にフクレと呼ばれる泡状の剥離部ができ、この剥離部の存在により熱伝達が悪くなるため、載置面３の均熱化が阻害される。その為、絶縁層として樹脂を用いる場合、絶縁層の厚みは３０μｍ〜４００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは６０μｍ〜２００μｍの範囲で形成することが良い。
【００５８】
また、絶縁層を形成する樹脂としては、２００℃以上の耐熱性と、抵抗発熱体５との密着性を考慮すると、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂等が好ましい。
【００５９】
なお、ガラスや樹脂から成る絶縁層を板状セラミックス基板２上に被着する手段としては、前記ガラスペースト又は樹脂ペーストをスクリーン印刷法にて塗布したあと、ガラスペーストにあっては、６００℃の温度で、樹脂ペーストにあっては、３００℃以上の温度で焼き付ければ良い。
【００６０】
また、絶縁層としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は炭化硼素質焼結体から成る板状セラミックス基板２を１２００℃程度の温度に加熱し、絶縁層を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスから成る絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００６１】
さらに、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。
【００６２】
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。
【００６３】
上記保護膜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板状セラミックス基板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、板状セラミックス基板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、板状セラミックス基板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。
【００６４】
また、抵抗発熱体５を内蔵するタイプの板状セラミックス基板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を内蔵した板状セラミックス基板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、ウエハ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。
【００６５】
【実施例】
（実施例１）
窒化アルミニウムを主成分とし、焼結助剤として２重量％のＹ２Ｏ３を含有する熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の窒化アルミニウム質焼結体に研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径２３０ｍｍの円板状の板状セラミックス基板を複数枚製作した。そして板状セラミックス基板の表面加工は、ロータリ平面研削盤にて加工を行った。＃８０、＃１７０、＃４００のダイヤモンド固定砥粒からなるダイヤモンドホイールを使い表面粗さを変えた板状セラミックス基板を得た。尚、ダイヤモンドホイールの径はφ１５０ｍｍ、回転数１０００ｒｐｍ、切り込み量は５μｍ／パス、送りは１０ｍｍ／パスの加工条件で行った。また、遊離砥粒を使ったラッピング加工により表面粗さを変えた板状セラミックス基板を得た。
【００６６】
板状セラミックス基板に抵抗発熱体を被着するため、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は図２に示すような中心部を２分割に、外周部を周方向に４分割した６パターン構成とした。しかるのち抵抗発熱体に給電部を導電性接着剤にて固着させた。
【００６７】
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、この中の１枚に、１２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。
【００６８】
その後、前記支持体１１の上に、抵抗発熱体５の各分割パターンの略中央部に該凹部２１を形成し、測温素子１０を設置し、無機系の充填材で保持固定した板状セラミックス基板を重ね、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ウエハ加熱装置とした。
【００６９】
そして、このようにして得られたウエハ加熱装置の導通端子７に通電して測温素子１０の温度を１５０℃で１時間以上保持した後、常温に維持された測温ウエハを、加熱装置に投入、載置面３に載せた瞬間から測温ウェハの平均温度が１５０±０．３℃に安定するまでの時間を測定し過渡特性を評価とした。そして、各サンプル５回づつ計測し、その最大値を測定値とした。
【００７０】
尚、測温ウェハには２９点の測温抵抗体が測温ウェハの表面に同心円状に取り付けられ、ウェハの表面温度ばらつきを測定した。評価基準としては、測温ウェハの平均温度が１５０±０．３℃に安定するまでの温度安定時間が４０秒以下を◎、４０〜４４秒を○、４５〜４９秒までを△、５０秒以上を×と判定した。
【００７１】
また、１５０℃に測温ウェハを加熱して２５０秒後の温度ばらつきを評価した。温度ばらつきが０．５℃以上は×、０．４９〜０．２５℃は△、０．１９〜０．２４℃は○、０．２℃以下は◎と判定した。
【００７２】
そして、◎○△×の順に特性の優劣の順を示し、温度安定時間と温度ばらつきの中で、劣った判定を総合判定とした。それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００７３】
【表１】
2004031631.tif 000003
【００７４】
試料Ｎｏ．１は板状セラミックス基板の他方の主面の表面粗さＲａが０．０１μｍより小さいことから板状セラミックス基板と抵抗発熱体の密着が悪く、加熱により剥がれが生じた。また、試料Ｎｏ．５は表面粗さＲａが５μｍより大きく、加熱中に板状セラミックス基板が破損した。
【００７５】
また、表面粗さＲａ２／Ｒａ１が０．１より小さい試料Ｎｏ．６は、温度安定時間が５５秒と大きく温度ばらつきも０．５１℃と大きかった。
【００７６】
一方、表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、且つ、Ｒａ２／Ｒａ１が０．１以上のＮｏ．２〜４、Ｎｏ．７〜１０のウェハ加熱装置は温度安定時間が４９秒以下と小さく、温度バラツキも０．２７℃以下と良好な結果が得られた。
【００７７】
（実施例２）
実施例１の試料Ｎｏ．２と同様にウェハ加熱装置を作製し、板状セラミックス体の一方の主面の表面粗さを変えた試料を作製した。実施例に用いた加工は、定盤の上に板状セラミック基板を乗せ、その上に重石を乗せ、遊離砥粒のダイヤモンドの入った研削液を滴下しながら加工することにより作製した。表面粗さは上記の定盤の回転数を変えることにより変化させた。今回、重石の形状と大きさは同一とした。
【００７８】
そして実施例１と同様の評価を行った。その結果を表２に示す。
【００７９】
【表２】
2004031631.tif 000004
【００８０】
主面の表面粗さＲａ４／Ｒａ３が、０．５より小さい試料Ｎｏ．１１は温度安定時間が４８秒と大きかった。
【００８１】
一方、Ｒａ４／Ｒａ３が、０．５より大きいＮｏ．１２〜１５は温度安定時間が３９秒以下でまた温度ばらつきも０．１９℃以下と優れた特性を示した。
【００８２】
従って、板状セラミックス基板の一方の主面の表面粗さＲａが０．０１から５μｍであり、且つ、前記主面の径方向の表面粗さＲａ３と、周方向の表面粗さＲａ４の比率が０．５≦Ｒａ４／Ｒａ３であれば更に好ましい特性が得られることが分った。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、板状セラミックス基板の一方の主面側をウェハを載せる載置面とし、他方の主面または内部に抵抗発熱体を備えたウエハ加熱装置において、前記板状セラミックス基板の他方の主面の算術平均表面粗さＲａが０．０１〜５μｍであり、かつ、他方の主面の径方向の表面の算術平均表面粗さＲａ１と周方向の算術平均表面粗さＲａ２の比率を０．１≦Ｒａ２／Ｒａ１とすることにより、ウェハの温度ばらつきを小さくし過渡時の温度安定時間を小さくできる。
【００８４】
また、板状セラミックス基板の主面の一方の径方向の表面の算術平均表面粗さＲａ３と周方向の算術平均表面粗さＲａ４の比率が０．５≦Ｒａ２／Ｒａ１とすることにより、ウエハ面内の温度バラツキを更に小さくし優れた過渡特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウエハ加熱装置の板状セラミックス基板を示す平面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置のセラミック基板の一方の主面の表面粗さを測定する方向を示す平面図である。
【図４】
従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１０：ウエハ加熱装置
２、３２：板状セラミックス基板
３、３３：載置面
５、３５：抵抗発熱体
６、３６：給電部
７、３７：導通端子
８、３８：弾性体
１０、４０：測温素子
１１、４１：支持体
２１：凹部
２２：充填材
Ｗ：半導体ウエハ
【図１】
2004031631.tif 000005
【図２】
2004031631.tif 000006
【図３】
2004031631.tif 000007
【図４】
2004031631.tif 000008