(57)【要約】【課題】ウェハ加熱装置のウェハ載置離脱用の貫通孔部分において温度がばらつき必要な均熱性が得られないという課題があった。【解決手段】板状セラミックス体からなる円板状をした均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に抵抗発熱体を有し、前記均熱板の他方の主面に前記抵抗発熱体と電気的に接続した給電部を備えてなり、前記均熱板はその外経の１／２より小さい直径を有する同心円上に３個以上の貫通孔を有することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミックス体からなる円板状をした均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に抵抗発熱体を有し、前記均熱板の他方の主面に前記抵抗発熱体と電気的に接続した給電部を備えてなり、前記均熱板は、その外径の１／２より小さい直径を有する同心円上に３個以上の貫通孔を有することを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
上記均熱板の貫通孔からウェハリフトピンを上下させることによりウェハの授受を行うようにするとともに、前記貫通孔と同心の貫通孔を有するガイド部材を備え、前期均熱板の他方の主面を覆う様に支持体を備えたことを特徴とする請求項１に記載のウェハ加熱装置。
【請求項３】
前記貫通孔の内径が２〜８ｍｍであり、前記ウェハリフトピンを案内するためのガイド部材は前記均熱板から離間し、前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径を前記貫通孔内径の２倍以下としたことを特徴とする請求項２に記載のウェハ加熱装置。
【請求項４】
上記ガイド部材の均熱板に対向する面に面取りを施したことを特徴とする請求項３に記載のウェハ加熱装置。
【請求項５】
前記ガイド部材が、Ｎｉ系合金、Ａｌ等の耐酸化性金属、メッキ処理などの耐酸化処理を行った金属、もしくはセラミックスのいずれかからなることを特徴とする請求項３に記載のウェハ加熱装置。
【請求項６】
前記抵抗発熱体が板状セラミックス体の中心部とその外側の複数の環状部に分割され、前記貫通孔が前記抵抗発熱体の中心部および／または内側の環状部に備えたことを特徴とする請求項１〜５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際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装置あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、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際に好適なウェハ加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、半導体素子の配線の微細化に伴い、ウェハ熱処理温度の精度向上が必要となり、温度精度に優れた枚葉式の熱処理装置が広く使用されるようになった。
【０００４】
例えば、特許文献１には、複数サイズのウェハに熱処理を施すことができる熱処理装置が紹介されている。また、特許文献２には、温度制御に優れた熱処理装置が紹介されている。また、特許文献３では、ウェハの加熱均一性に優れた加熱装置が紹介されている。また、特許文献４には、短時間で均一に冷却する事のできる加熱装置が紹介されている。
【０００５】
また、特許文献５では、リフトピンの貫通穴の位置を基板中心から外縁までの距離に対して、中心から１／２以上の距離に設けたウェハ支持部材が開示されている。
【０００６】
〔特許文献１〕特開平１１−１４５１４９号公報
〔特許文献２〕特開１１−４０３３０号公報
〔特許文献３〕特開２００１−２３７０５３号公報
〔特許文献４〕特開２００１−５２９８５号公報
〔特許文献５〕特開２００２−３０５０７３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、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、ウェハを熱処理装置に載置した瞬間から離脱し熱処理を終了させるまでの過渡的な温度履歴によりレジストの反応状態が微妙に異なり微細な回路パターンを形成できないとの課題があり、ウェハの面内温度差を小さくして、しかもウェハを載置した直後からウェハの温度が均一に安定するまでの安定時間が概ね６０秒以下であることが望まれていた。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２、３、４に記載のウェハ支持部材では上記の面内温度差や安定時間が大きく使用できないとの課題があった。
【０００９】
また、特許文献５では、リフトピンの貫通穴の位置を基板中心から外縁までの距離に対して、中心から１／２以上の距離に設けているが、外周方向へ熱の移動の多い外周部に、貫通穴を設ける為、面内温度差を０．５℃以下に小さくできないとの問題があった。
【００１０】
特に、従来の金属製の均熱板を使用したウェハ加熱装置は、均熱板２自体の熱容量が大きいことから、リフトピンの貫通穴の位置が基板中心から外縁までの距離に対して、中心から１／２以上の距離に設けられている場合や、リフトピンのガイド部材が均熱板に接している場合、均熱板のウェハ載置面の温度分布には影響が小さかったが、最近は、均熱板の温度変更の応答性を向上させるため、均熱板をセラミック化し厚みを薄くして熱容量を小さくしていることから、リフトピンの貫通穴の位置での熱引きやガイド部材と板状セラミック体の接触部での熱引きの影響で、均熱板のウェハ載置面の温度差が大きくなるとの課題があった。
【００１１】
また、特許文献３、４に開示されたウェハ加熱装置では、図４に示すように、リフトピンのガイド部材２５がセラミック製の均熱板２に接触しているため、ガイド部材２５に逃げる熱が大きいことから、貫通穴２４の周囲でガイド部材２５が接する部分の周辺の発熱量が増加するように抵抗発熱体の抵抗分布を調整していたが、温度変更した際の過渡時のウェハ面内の温度差が大きいとの問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、板状セラミックス体からなる円板状をした均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に抵抗発熱体を有し、前記均熱板の他方の主面に前記抵抗発熱体と電気的に接続した給電部を備えてなり、前記均熱板はその外経の１／２より小さい直径を有する同心円上に３個以上の貫通孔を有する。
【００１３】
また、上記均熱板の貫通孔からウェハリフトピンを上下させることによりウェハの授受を行うようにするとともに、前記貫通孔と同心の貫通孔を有するガイド部材を備え、前期均熱板の他方の主面を覆う様に支持体を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、前記貫通孔の内径が２〜８ｍｍであり、前記ウェハリフトピンを案内するためのガイド部材は前記均熱板から離間し、前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径を前記貫通孔内径の２倍以下としたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記ガイド部材の均熱板に対向する面に面取りを施したことを特徴とする。
【００１６】
また、前記ガイド部材が、Ｎｉ系合金、Ａｌ等の耐酸化性金属、メッキ処理などの耐酸化処理を行った金属、もしくはセラミックスのいずれかからなることを特徴とする。
【００１７】
また、前記抵抗発熱体が板状セラミックス体の中心部とその外側の複数の環状部に分割され、前記貫通孔が前記抵抗発熱体の中心部および／または内側の環状部に備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１（ａ）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、図１（ｂ）はその上面図である。炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とする板状セラミックス体１００からなる円板状をした均熱板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又は樹脂等からなる絶縁層４を介して抵抗発熱体５を形成したものである。
【００２０】
抵抗発熱体５のパターン形状としては、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り、抵抗発熱体５を中心部とそれを囲む複数の環状部から構成すると好ましい。またパターンの線幅や粗密を調整し、電力密度に分布をつけて均熱性を改善しても良い。
【００２１】
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１１を弾性体２１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。給電端子と電極とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【００２２】
さらに、均熱板２と支持体７の外周にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９を介在させてナット２０を螺着することにより弾性的に固定している。これにより、均熱板２の温度が変動した場合に支持体７が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを抑制し、ウェハ表面に、均熱板２の反りに起因する温度ばらつきが発生することを防止できるようになる。
【００２３】
なお、金属製の支持体７は側壁部９と多層構造部１０を有し、均熱板２はその多層構造部１０に対向する上部を覆うように設置してある。また、多層構造部１０には冷却ガスを排出するための開口部１４が施されており、均熱板２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６に導通するための導通端子１１，均熱板２を冷却するためのガス噴射口１２、均熱板２の温度を測定するための熱電対１３を設置してある。
【００２４】
さらに、多層構造部１０は複数層からなり、該多層構造部１０の最上層のものは、均熱板２から５〜１５ｍｍの距離に設置することが望ましい。これは、均熱板２と多層構造部１０相互の輻射熱により均熱化が容易となると同時に、他層との断熱効果があるので、均熱となるまでの時間が短くなるためである。
【００２５】
本発明では上記均熱板２に複数の貫通孔２４を備え、この貫通孔２４からリフトピン２３を上下させることによりウェハＷを上下に移動することができ、ウェハＷを載置面３から離した状態で不図示のハンドリングアーム等でウェハＷの授受をおこなうことができる。
【００２６】
前記貫通孔２４は均熱板２と同心の円上に３個以上有し、前記円の直径ＤＰが均熱板２の外径ＤＫの１／２より小さいことを特徴とする。
【００２７】
前記同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径の１／２より小さいと、貫通孔２４付近の温度ばらつきを抑制でき、ウェハを短時間で均一に加熱することができる。
【００２８】
前記同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径ＤＫの１／２以上であると、貫通孔２４が均熱板２の外縁部により近く設置され、外縁部からの熱の放散が大きいことから、貫通孔２４からの熱の放散も大きくなり、均熱板２を均一に加熱するには貫通孔２４の周辺の抵抗発熱体５の発熱量を大きくする必要があり、室温に冷えたウェハＷを載置面３に載せた直後の過渡時に、貫通孔２４周辺の温度が急速に変化し、ウェハＷを均一に加熱できないからである。好ましくはＤＰ／ＤＫの値は０．１５〜０．４８であり、更に好ましくは０．１５〜０．３６である。
【００２９】
また、ウェハリフトピン２３が均熱板２へ直接接触しないようにガイド部材２５が設置されている。
【００３０】
ガイド部材２５周辺の概略構造を図２に示す。貫通孔２４は、内径を２〜８ｍｍとすることが好ましい。この範囲で有れば、貫通孔２４付近の温度ばらつきを抑制でき、ウェハを短時間で均一に加熱することができる。
【００３１】
リフトピン２３の外径は、貫通孔２４の内径やガイド部材２５の内径寸法より０．２ｍｍ以上小さくすることが望ましい。近接しすぎると接触してしまう。
【００３２】
接触することにより熱引きが生じ均熱性を阻害する上、接触部が摩耗しダストが発生し、雰囲気を汚染することにより、ウェハ処理に有害となる。そのため貫通孔２４の内径が２ｍｍ未満で有れば、ウェハリフトピン２３が細くなり過ぎるため十分な剛性を確保できず、均熱板２やガイド部材２５と接触するなどウェハ載置離脱の安定性に欠ける為、特にウェハの過渡的な熱履歴にばらつきが生じる為好ましくない。逆に、８ｍｍを越えると貫通孔上に非加熱領域が広くなり過ぎて、周囲の抵抗発熱体のＷ密度を調整しても、均熱性を確保できず好ましくない。
【００３３】
また、ガイド部材２５は、均熱板２から離間して設置することが好ましい。離間させることにより、均熱板２からの熱引きを防止し、良好な均熱性を確保できる。逆に接触していれば、均熱板２の熱がガイド部材２５に引かれてしまい部分的な温度低下が起こり、ウェハ加熱の均熱性を阻害する。また、ガイド部材２５の温度も上昇し、歪んでしまう。
【００３４】
より好ましくは、均熱板２とガイド部材２５の離間距離を０．１〜２ｍｍとすることがよい。そうすることで、温度を上げた際の熱膨張差等でガイド部材２５と均熱板２が接触することなく、冷却エアーを導入した場合にも、ウェハ載置面への冷却エアー流入を抑制し、ウェハ処理部を汚染することがない。前記離間距離が０．１ｍｍ未満では温度上昇時の熱膨張などにより、ガイド部材２５と均熱板２が部分的に接触してしまう可能性があり好ましくない、逆に２ｍｍを越えると、冷却エアーなどを導入した場合に、冷却エアーがウェハ載置面に多量に漏れ込み、ウェハ処理部を汚染する可能性があり好ましくない。
【００３５】
また、ガイド部材２５の均熱板２に対向する面の外径は、貫通孔２４の内径の２倍以下にすることが好ましい。ガイド部材２５を均熱板２から離間させることで伝導により熱引けは緩和されるが、輻射による熱引けは均熱板２に対向する面の大きさに影響される。そのためガイド部材２５の外径を貫通孔２４の２倍以下にすることで必要な均熱性が確保できる。逆に２倍を越えると、均熱板２の貫通孔周囲の熱をより多く奪ってしまう為、結果的に貫通孔２４直上の温度も下がってしまい好ましくない。
【００３６】
更に、図２（ｂ）のように、ガイド部材２５の均熱板２に対向する面に面取り２５ａを施すことも望ましい。面取りが無い場合に比較して、面取りすることにより均熱板２からガイド部材２５へ輻射により伝わる熱を更に抑制でき、より均熱性を高められる。より好ましくは、ガイド部材２５の肉厚の１／３以上の面取り２５ａを施すことが望ましい。
【００３７】
また、ガイド部材２５は、Ｎｉ系合金やＡｌ等の耐酸化性金属、めっき処理などを施した金属、もしくはセラミックスなどで構成されるのが望ましい。高温時に腐食や有害なガスが発生せず、ウェハ熱処理に害を与えないからである。
【００３８】
また、前記抵抗発熱体５を中心部とそれを囲む複数の環状部から構成することが好ましく、上記貫通孔２４及びガイド部材２５は前記抵抗発熱体５の中心部および／または内側の環状部に備えることが好ましい。このような配置とすることで、貫通孔２４のない外周部の環状部に備えた抵抗発熱体により均熱板２の周辺部の温度低下を防止することができる。
【００３９】
また、支持体７内に昇降自在に設置されたリフトピン２３により、ウェハＷを載置面３上に載せたり載置面３より持ち上げたりといった作業がなされる。そして、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８により載置面３から浮かした状態で保持され、片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。
【００４０】
そして、このウェハ加熱装置１によりウェハＷを加熱するには、搬送アーム（不図示）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２３にて支持したあと、リフトピン２３を降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
【００４１】
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及び均熱板２を介して載置面３上のウェハＷを加熱するのであるが、本発明によれば、支持体１に多層構造部１４を備えているため、均熱板２に近接した多層構造部１４を均熱板２の熱の輻射板として活用できるので、均熱板２を有効に短時間で均熱化することができる。
【００４２】
さらに、均熱板２を炭化珪素質焼結体又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、５０Ｗ／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。
【００４３】
均熱板２の厚みは、２〜７ｍｍとすることが好ましい。均熱板２の厚みが２ｍｍより薄いと、均熱板２の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、流体噴射口１２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、均熱板２にクラックが発生する。また、均熱板２の厚みが７ｍｍを越えると、均熱板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ってしまい好ましくない。
【００４４】
このように、均熱板２の熱容量を小さくすると、支持体７からの熱引きにより均熱板２の温度分布が悪くなる。そこで、支持体７が均熱板２をその外周部で保持する構造としている。
【００４５】
また、抵抗発熱体５への給電方法については、支持体７に設置した導通端子１１を均熱板２の表面に形成した給電部６に導通端子１１をバネ（不図示）で押圧することにより接続を確保し給電する。これは、２〜７ｍｍの厚みの均熱板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、本発明のように、導電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、均熱板２とその支持体７の間の温度差による熱応力を緩和し、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、導通端子７の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００４６】
また、均熱板２の温度は、均熱板２にその先端が埋め込まれた熱電対１３により測定する。熱電対１３としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径１．０ｍｍ以下のシース型の熱電対１３を使用することが好ましい。この熱電対１３の先端部は、均熱板２に孔が形成され、この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材により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。同様に素線の熱電対やＰｔ等の測温抵抗体を埋設して測温を行うことも可能である。
【００４７】
さらに、レジスト膜形成用のウェハ加熱装置１として使用する場合は、均熱板２の主成分を炭化珪素にすると、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、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。この際、焼結助剤に水と反応してアンモニアやアミンを形成する可能性のある窒化物を含まないようにすることが必要である。
【００４８】
なお、均熱板２を形成する炭化珪素質焼結体は、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）を添加したり、もしくはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）イットリア（Ｙ２Ｏ３）のような金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工したのち、１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。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。
【００４９】
また、均熱板２を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、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。
【００５０】
さらに、均熱板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。
【００５１】
一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として使用する場合、半導電性を有する均熱板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４００μｍを越えると、均熱板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１００〜４００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲とすることが良い。
【００５２】
また、均熱板２を、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体で形成する場合は、均熱板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。
【００５３】
この絶縁層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、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が均熱板２を構成する板状セラミックス体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、均熱板２を形成する板状セラミックス体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。
【００５４】
なお、ガラスからなる絶縁層４を均熱板２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを均熱板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、ガラスペーストを６００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。また、絶縁層４としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体からなる均熱板２を８５０〜１３００℃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、ガラスからなる絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００５５】
さらに、絶縁層４上に被着する抵抗発熱体５材料としては、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）等の導電性の金属酸化物や上記金属材料を樹脂ペーストやガラスペーストに分散させたペーストを用意し、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して、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。
【００５６】
ただし、抵抗発熱体５材料に銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）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と同一の材質からなるコート層を４０〜４００μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００５７】
図１（ａ）では、抵抗発熱体５に対し、給電部６において導通端子１１を弾性体２１で押しつけて導通を確保するようにしている。給電部６は、抵抗発熱体５の端子部に導電性接着剤を塗布、硬化させることにより形成しても構わない。
【００５８】
また、これまで、抵抗発熱体５を均熱板２の表面に形成するタイプのウェハ加熱装置１について説明してきたが、抵抗発熱体５は、均熱板２に内蔵されていても構わない。
【００５９】
図３を例にして説明すると、例えば主成分が窒化アルミニウムからなる均熱板２を用いる場合、まず、抵抗発熱体５の材料としては窒化アルミニウムと同時焼成できる材料という観点から、ＷもしくはＷＣを用いる。均熱板２は、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得ることが出来る。
【００６０】
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。
【００６１】
【実施例】
熱伝導率が１３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３２ｍｍの円盤状をした均熱板２を複数製作し、更に均熱板２の直径と同心円上に５０、１２０、１６０、１６６、１８０、２００ｍｍの位置に、均等に２、３、５箇所貫通孔を形成した均熱板を用意した。貫通孔の直径は、１〜１０ｍｍとした。各均熱板２の一方の主面に絶縁層を被着するため、ガラス粉末にエチルセルロースと有機溶剤のテルピネオールからなるバインダー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印刷した後、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の絶縁層とした。
【００６２】
次いで上記絶縁層上に抵抗発熱体を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練して作製した導電性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の抵抗発熱体を形成した。上記抵抗発熱体は中心部とその外側に環状に３分割して４つの領域のパターン配置は、中心部からそれぞれの分割領域に１、２、４、８の計１５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ることにより、均熱板を製作した。
【００６３】
また、支持体は、厚み２．５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる２枚の多層構造部を備え、このうち１枚に、ガス噴射口、熱電対、導通端子、ガイド部材を所定の位置に形成し、同じくＳＵＳ３０４からなる側壁部とネジ締めにて固定して支持体を準備した。また２枚の多層構造部のうち、均熱板に近い方の多層構造部から均熱板までの距離は８ｍｍ、多層構造部どうしの距離を１５ｍｍとした。その後、前記支持体の上に、均熱板を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、均熱板と支持体が直接当たらないように、断熱部を介在させ、支持体側より弾性体、座金を介在させてナットを螺着することにより弾性的に固定することによりウェハ加熱装置とした。ガイド部材の外径及び内径は、均熱板に対向する部分の内径で２〜１１ｍｍとした。また、均熱板と対向する部分の外径は      ３〜１２ｍｍとした。また、面取りはこの部分に対する面取りである。
【００６４】
比較用として、同様の方法で、表１の試料番号２５〜２８に記載の試料を準備した。
【００６５】
測温は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された測温用ウェハを用いて行った。まず、測温ウェハの測温部が、貫通孔直上にならないように、測温ウェハを載置し、２００℃に３０分保持し、全体の温度ばらつきが０．３℃以下になるようにウェハ加熱装置の各抵抗発熱体への供給電力の出力を調整した。
【００６６】
次に、同じ出力状態を保ったまま、測温ウェハを回転させて、測温ウェハの測温部が貫通孔の直上となる状態で測温を行い、このときの温度最大値と最小値の差を温度ばらつきとして測定した。
【００６７】
次に、ウェハ加熱装置を１５０℃に３０分保持し、その後、室温に冷えた測温用ウェハを載せて、ウェハの平均温度が１５０℃に保持されるまでのウェハ内の最大温度と最小温度との温度差が０．５℃以下となるまでの時間を、温度安定時間として評価した。評価の基準としては、昇温過渡時のウェハＷ面内の最大温度差が０．５℃以下で、温度安定時間が５０秒以下のものが、優れたウェハ加熱装置として使えることがわかった。
【００６８】
それぞれの結果は表１に示す通りである
【表１】
2004288933.tif 000003
【００６９】
その同心円の直径ＤＰが均熱板２の直径ＤＫの１／２より小さい試料番号１〜２４の温度ばらつきは０．５℃以下、過渡時温度安定時間も５０秒以下となり良好な結果を示した。
【００７０】
ただし、試料番号１に示すように、貫通孔２４を設けた同心円の直径が均熱板２の直径の１／４以下でウェハリフトピンが３個の場合は、ウェハを支持するバランスが取りにくく、ウェハが落下する場合があり、好ましくは、貫通孔２４を設けた同心円の直径が均熱板２の直径の１／４以上とし、それ以下では、試料番号２のように貫通孔２４やウェハガイドピンの数を４個以上とし、ウェハ支持を安定化することが望ましい。また、貫通孔２４を２個とした場合、ウェハを２点支持となるため、ウェハが落下する結果となり、貫通孔２４は３個以上設けることが望ましい。
【００７１】
また、貫通孔２４の内径が２〜８ｍｍで、前記ウェハリフトピンを案内するためのガイド部材が前記均熱板から離間し、前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径を前記貫通孔内径の２倍以下である試料番号１〜１９は、温度ばらつきは０．３８℃以下、過渡時温度安定時間も    ４０秒以下となり更に良好な結果を示した。
【００７２】
試料番号２２，２３において、貫通孔２４の直径を９ｍｍ以上としたが、温度ばらつきは０．４５℃で、温度安定時間は５０秒と、やや大きな値が得られた。これば貫通孔２４の周囲の抵抗発熱体のＷ密度を上げても調整しきれないほど、非加熱エリアが広くなりすぎた為である。
【００７３】
また、試料番号２１において、均熱板２の貫通孔２４の内径が１ｍｍとしたが、リフトピンを上下させた場合にリフトピン細すぎる事から貫通孔２４に接触し、パーティキュレートを発生させる原因になるので好ましくない。よって、貫通孔２４の直径については、２〜８ｍｍの範囲が良好な範囲であるといえる。
【００７４】
また、試料番号２４において、前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径を前記貫通孔内径の２．４倍とすると、温度ばらつきは０．５℃で、温度安定時間は５０秒とやや大きな値となった。これは、ガイド部材を均熱板から離間させることで伝導により熱引けは緩和されるが、輻射による熱引けは均熱板に対向する面の大きさに影響されからである。前記ガイド部材の均熱板に近接する部分の外径が前記貫通孔内径の２倍を越えると、均熱板２の貫通孔周囲の熱をより多く奪ってしまう為、結果的に貫通孔２４直上の温度も下がってしまい好ましくない。よって、ガイド部材２５の外径を貫通孔２４の２倍以下にすることで必要な均熱性が確保できるといえる。
【００７５】
また、ガイド部材２５を均熱板２に接触させると、試料番号２０のように温度ばらつきが０．４５℃とやや大きくなった。これは不要な熱引きにより貫通孔２４直上の温度低下のみならず、周囲の温度も低下し、温度ばらつきがやや大きくなったと考えられる。
【００７６】
次に、上記ガイド部材２５の均熱板２に対抗する面に面取りを施した試料番号８〜１０は、同形状で面取りのない試料番号７と比べて、温度ばらつきが０．３０℃以下で温度安定時間が３９秒以下と更に優れた特性を示すことが分った。
【００７７】
特に、Ｎｉ系合金やＡｌ等の耐熱性金属、メッキ処理などを行った耐酸化処理を行った金属、もしくはセラミックスの何れかからなるガイド部材２５は、試料番号１〜２４のように温度ばらつきが０．５℃以下で温度安定時間が５０秒以下と極めて優れた特性を示すことが分った。
【００７８】
また、ガイド部材をＮｉ系耐熱性金属であるＳＵＳで作製した事により、更に２５０℃まで昇温を行った後も、腐食等の変化や劣化は認められず良好な状態を保っていた。Ａｌなどの耐酸化性金属やＮｉめっき等の耐酸化処理を行った金属部材やセラミックス部材でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７９】
更にまた、これら試料番号１〜２４のウェハ加熱装置１の貫通孔は何れも中心部の抵抗発熱体やその外側の抵抗発熱体さらにその外側の抵抗発熱体位置に備えられ、最外周の抵抗発熱体位置に貫通孔のあった試料番号２７や２８は温度ばらつきが０．８℃、０．９℃と大きく好ましくなかった。
【００８０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、板状セラミックス体からなる円板状をした均熱板の一方の主面をウェハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に抵抗発熱体を有し、前記均熱板の他方の主面に前記抵抗発熱体と電気的に接続した給電部を備えてなり、前記均熱板はその外経の１／２より小さい直径を有する同心円上に３個以上の貫通孔を有することにより、上記の貫通孔部分でも温度低下が小さく昇温過渡時の温度ばらつきの小さなウェハ加熱装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ加熱装置のガイド部材周辺を示す断面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ウェハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：抵抗発熱体
６：給電部
７：支持体
８：支持ピン
９：側壁部
１０：多層構造部
１１：導通端子
１２：ガス噴射口
１３：熱電対
１４：開口部
１５：接続部材
１６：ボルト
１７：断熱部
１８：弾性体
１９：座金
２０：ナット
２１：弾性体
２３：リフトピン
２４：貫通孔
２５：ガイド部材
Ｗ：半導体ウェハ
【図１】
2004288933.tif 000004
【図２】
2004288933.tif 000005
【図３】
2004288933.tif 000006
【図４】
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