(57)【要約】【課題】ウェハ加熱装置における板状セラミックス体の上にウェハを差し替えした際に温度が安定するまでのウェハの温度安定時間が大きく、ウェハの温度のオーバシュート量が大きいと言う課題があった。【解決手段】板状セラミックス体の表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体を形成し、上記板状セラミックス体の各抵抗発熱体に対応する位置に凹部を設けるとともに該凹部に測温素子を備えたウェハ加熱装置において、上記板状セラミックス体の最外周に配設した帯状の抵抗発熱体の少なくとも一つは、対応する測温素子の近傍の電力密度が、上記帯状の抵抗発熱体の平均電力密度より小さくなるようにする。【選択図】      図１
2004221563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミックス体の表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体を形成し、上記板状セラミックス体の各抵抗発熱体に対応する位置に凹部を設けるとともに該凹部に測温素子を備えたウェハ加熱装置において、上記板状セラミックス体の最外周に配設した複数の帯状の抵抗発熱体のうち少なくとも一つは、対応する測温素子の近傍の電力密度が、上記帯状の抵抗発熱体の平均電力密度より小さいことを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
上記板状セラミックス体の最外周に配設した複数の帯状の抵抗発熱体のうち少なくとも一つは、該抵抗発熱体を囲む領域の中心部に測温素子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】
上記測温素子の近傍の電力密度は、上記抵抗発熱体の平均電力密度の４０〜９０％である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】
上記板状セラミックス体の熱伝導率に対して８．３〜１５０％の熱伝導率を有する充填剤で前記測温素子を前記凹部に固定したことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項５】
前記充填剤の気孔率が０．１％〜５０％であることを特徴とする請求項４記載のウェハ加熱装置。
【請求項６】
前記充填剤の熱膨張係数が前記板状セラミックス体の熱膨張係数に対し４３〜２１４％である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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にウェハを加熱するのに用いるセラミックヒーター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。
【背景技術】
【０００２】
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、ウェハ支持部材に対して、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】
このうちウェ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炭化珪素等のセラミックスからなる板状セラミックス体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セラミックヒーター３１が用いられていた。そして、前記板状セラミックス体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体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体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に絶縁材３９を介して固定されていた。
【０００５】
そして、セラミックヒーター３１の載置面３３には、有底孔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、該支持ピン４４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、板状セラミックス体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、板状セラミックス体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】
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、ウェハＷを板状セラミックス体３１の上に差し替えした際に温度が安定するまでの過渡特性、ウェハＷ面内の温度バラツキが、露光後のレジストの化学増幅処理に極めて重要であり、従来に増して、緻密かつ応答性の良い温度制御が必要となってきた。
【０００８】
特許文献１には、板状セラミックス体３２として窒化物セラミックを使用し、発熱体近傍の温度を測定しながら、温度制御する方法が開示されている。このウェハ加熱装置３１に電力を投入すると、ウェハＷの載置面３３の温度が上がり始めるが、載置面３３の外周部の温度の方の表面温度が低くなることから、外周部の熱引きによる温度低下を考慮し、板状セラミックス体３２の温度分布は、定常時の設定温度に対して温度分布が均一になるように抵抗発熱体３５が設計されていた。すなわち、載置面３３の外周部からの熱引きを考慮して、抵抗発熱体３５の外周部の抵抗が抵抗発熱体３５の中央部の抵抗よりも大きくして、中央部と外周部の温度差の小さい板状セラミックス体３２となっていた。
【特許文献１】特開２００１−１３５４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ウェハＷを板状セラミックス体３２の上に差し替えた際に温度が安定するまでの過渡時のウェハ面内の温度のオーバーシュート量が大きいという課題があった。
【００１０】
また、大型の３００ｍｍ以上のウェハＷを加熱するウェハ加熱装置においては、設定温度に加熱した場合、中央と外周の昇温カーブが異なってしまい、ウェハＷの面内の温度が一定になるまでの温度安定時間が大きいとの課題があった。  
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、板状セラミックの温度挙動に着目し、板状セラミックス体の表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体を形成し、上記板状セラミックス体の各発熱抵抗体に対応する位置に凹部を設けるとともに該凹部に測温素子を備えたウェハ加熱装置において、上記板状セラミックス体の最外周に配設した複数の帯状の抵抗発熱体の少なくとも一つは、対応する測温素子の近傍の電力密度が、上記帯状の抵抗発熱体の平均電力密度より小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、上記板状セラミックス体の最外周に配設した複数の帯状の抵抗発熱体のうち少なくとも一つは、該抵抗発熱体を囲む領域の中心部に測温素子を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、上記測温素子の近傍の電力密度は、上記抵抗発熱体の平均電力密度の４０〜９０％であることを特徴とする。
【００１４】
また、上記板状セラミックス体の熱伝導率に対して８．３〜１５０％の熱伝導率を有する充填剤で前記測温素子を前記凹部に固定したことを特徴とする。
【００１５】
また、前記充填剤の気孔率が０．１％〜５０％であることを特徴とする。
【００１６】
更に、前記充填剤の熱膨張係数が前記板状セラミックス体の熱膨張係数に対し４３〜２１４％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、板状セラミックス体の表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体を形成し、上記板状セラミックス体の各抵抗発熱体に対応する位置に凹部を設けると共に該凹部に測温素子を備えたウェハ加熱装置において、上記板状セラミックス体の最外周に配設した複数の帯状の抵抗発熱体の少なくとも一つは、対応する測温素子の近傍の電力密度が、上記帯状の抵抗発熱体の平均電力密度より小さくなるようにしたことによって、ウェハの温度が均一となりオーバシュート量が小さくなった。また、ウェハ温度が設定温度となるまでの温度安定時間が小さくなった。
【００１８】
更に、温度サイクルを繰り返しても温度安定時間が変化する虞が小さく優れた特性を示した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
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板状セラミックス体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１２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。
【００２１】
抵抗発熱体５のパターン形状としては、略円弧状や直線状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を複数の抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆに分割することが好ましい。
【００２２】
また、板状セラミックス体２には各抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆに囲まれた各測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆを保持する凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆが形成されている。各測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆとは、測温体１０の先端部に位置する感熱部である。これらのこれらの各測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆは演算部８２と制御部８１に接続され、演算部８２で制御する電圧値等の計算を行い、これに基づき、制御部８１から各発熱体５に対して所定の電圧を印可し、ウェハＷの温度を均一化することができるようになっている。
【００２３】
また、各抵抗発熱体５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。
【００２４】
さらに、板状セラミックス体２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、板状セラミックス体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、板状セラミックス体２の温度を変更したり載置面３にウェハＷを載せ板状セラミックス体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、これにより板状セラミックス体２の反りを防止し、ウェハＷの表面に温度差が発生することを防止できる。
【００２５】
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。
【００２６】
さらに、本発明の実施形態を詳細に説明する。図２は、板状セラミックス体２を抵抗発熱体５側から見た平面図であり、板状セラミックス体２には各抵抗発熱体５に対応する位置に凹部２１が形成され、該凹部２１には、図３に示すように測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを配置し、充填剤２２等により充填保持されている。
【００２７】
即ち、板状セラミックス体２の表面または内部に複数の帯状の抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆを形成し、上記板状セラミックス体２の対応する位置に凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆを設けると共に該凹部２１に測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを備えている。そして、このウェハ加熱装置１において、上記板状セラミックス体２の最外周に配設した帯状の抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの少なくとも何れか一つの帯状の抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、例えば抵抗発熱体５ａは、対応する測温素子１０ａの近傍の電力密度が、上記帯状の抵抗発熱体５ａの平均電力密度より小さくしてある、
その理由は、板状セラミックス体２に、室温に冷却されたウェハＷが載置されると板状セラミックス体２はウェハＷにより温度が下がってしまう。その時の板状セラミックス体２の温度は外周部に比べて、中央部の方が電力密度が小さいので、ウェハＷへの熱の伝達により温度低下が大きくなる傾向がある。従って、中央部の電力印加時間は外周部の電力印加時間に比べ長くなるため、昇温の立ち上がりが急激になりオーバーシュートしてしまう。そのためウェハＷの温度が安定するまでの温度安定時間が大きかった。すなわち、本発明においては、測温素子１０ａの周りの電力密度を小さくすることにより、ウェハＷの温度が安定するまでの時間を短くすることができるからである。
【００２８】
上記の電力密度とは、板状セラミックス体２に抵抗発熱体５ａを形成した面１２の各部の単位面積当たりに投入される電力値を示す。平均電力密度とは、抵抗発熱体５ａの全抵抗値と電流から求めた電力値をその抵抗発熱体５ａが形成された加熱面積で割った値である。通常抵抗発熱体５ａの加熱面積は隣り合う抵抗発熱体５ｂ、５ｄ、５ｅ、５ｆの中間線を境界線とする。
【００２９】
次に、測温素子１０ａの近傍の電力密度の算出方法を述べる。まず、測温素子
１０ａの近傍とは、例えば測温素子１０ａに近接する抵抗発熱体５ａの一部とそ
の外側に近接する発熱抵抗体５ａの一部との中心点Ｐ１、Ｐ２と、測温素子１０
ａの中心を通る直線上において、前記２つの中心点Ｐ１、Ｐ２の間の距離をＭと
して、前記中心点Ｐ１またはＰ２を通り帯状の抵抗発熱体５ａと並行する２本の
中心線に囲まれる領域で、長さＭの前記２本の中心線で囲まれた領域８２を示す
。また、領域８２から凹部２１を除く領域を領域８３とする。そして、測温素子１０ａの近傍の電力密度とは、上記領域８３内の２本の抵抗発熱体５ａの一部の抵抗値とそこを流れる電流から求めた電力値を上記領域８３の面積で除した値である。
【００３０】
また、上記の長さＭは、上記板状セラミックス体の凹部２１の直径の１．５〜５倍の領域であることが望ましい。
【００３１】
上記の近傍が、板状セラミックス体の凹部２１の直径の１．５倍より小さいと測温素子の近傍の温度と全体の温度差が小さくなるため、昇温特性の改善効果が小さい。また、５倍より大きいと測温素子の近傍部とその他の領域との温度差が大きくなるので好ましくない。すなわち、測温素子の近傍の範囲であるＭの長さが、測温素子の凹部２１の外径の１．５〜５倍の領域であることが望ましく、１．５〜５倍の領域の場合、上記測温素子の近傍部の感度を上げることができる。つまり、内周側と外側の抵抗発熱体の昇温カーブを均一化することができ、ウエハＷの温度が安定するまでの時間をさらに短くすることができる。
【００３２】
更に好ましくは、上記測温素子１０ａの近傍の電力密度が、上記帯状の抵抗発熱体５ａの電力密度の４０〜９０％であることが望ましい。測温素子１０ａの近傍における電力密度比が４０％より小さいと、板状セラミックス体２の温度が低いと制御部へ伝達され、電力の印加時間が長くなり、板状セラミックス体２からウェハＷへの熱伝達（熱の輻射）が大きくなり過ぎ、ウェハＷの温度が所定の温度より大きくなってしまう。いわゆる、オーバーシュート量が大きくなる。逆に９０％より大きいと、測温素子１０ａが外周部の板状セラミックス体２の温度の低下が小さいと判断し、出力を印可する時間が短くなるため、滑らかな昇温カーブとなる。従って、電力の印可が長い中央部の昇温は早いので、温度が安定するまでの温度安定時間が５０秒以上となり好ましくない。
【００３３】
なお、好ましくは、最外周の抵抗発熱体５ａ〜５ｄの全てにおいて、対応する測温素子の近傍の電力密度を各抵抗発熱体５ａ〜５ｄの平均電力密度より小さくしておくことが好ましい。
【００３４】
また、上記電力密度の調整は、抵抗発熱体の線幅や厚み、線間隔等を変化させて行う。
【００３５】
測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとしては、測温素子、測温抵抗体等を用いることが可能である。材質については、熱電対であれば、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、また測温抵抗体であれば、Ｐｔ抵抗素子が使用可能であり、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。
【００３６】
また、図３に示すように、測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、Ｐｔ抵抗素子等の測温抵抗体を用いることが望ましい。また、抵抗素子自体に樹脂コート・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。また、必要に応じて、充填保持部以降に絶縁スリーブ等を用いても良い。
【００３７】
また、凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの開口部の面積は、１ｍｍ２〜３０ｍｍ２とすることが望ましい。該凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの開口部の面積が１ｍｍ２より小さいと測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの設置及び充填剤２２の充填にムラが生じ易く測温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。
【００３８】
また、凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの深さｄは、板状セラミックス体２の厚みｔに対し（１／４）ｔ≦ｄ≦（３／４）ｔとすることが望ましい。該深さｄが（１／４）ｔより小さいとウェハ載置面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、（３／４）ｔより大きくなると逆に温度のオーバーシュート量が大きくなりすぎるため望ましくない。
【００３９】
また、凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの底面とそれぞれに対応した測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの先端との距離Ｌが、０≦Ｌ≦１．０ｍｍであることがより望ましい。距離Ｌが１ｍｍをこえると温度検知の応答性が遅れオーバーシュート量が大きめになるが、１．０ｍｍ以下とすることで、オーバーシュート量がより小さくなる。
【００４０】
更に、凹部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに挿入設置する測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの大きさは、３０ｍｍ２以下が望ましい。３０ｍｍ２より大きいと、測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ自体の熱容量が大きくなりすぎる為、素線を通しての熱引きが大きくなり温度検知に遅れが生じ、オーバーシュート量が大きくなり過ぎるため好ましくない。
【００４１】
また、板状セラミックス体２の各抵抗発熱体５に対応する位置に凹部２１を設けるとともに、該凹部２１の測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの位置は、板状セラミックス体１の最外周に配設した複数の帯状の抵抗発熱体５を囲む領域Ｒの重心Ｇ部付近に位置することが望ましい。重心Ｇから最外周部の凹部２１の中心までの距離が、領域Ｒの板状セラミックス体２の直径方向の最大長さＬの３０％以上となると、外周の抵抗発熱体は、中心部の熱が集まり易いという影響を受けてしまい、外周部の上昇が遅くなり安定するまで時間が長くなり好ましくない。
【００４２】
更に、凹部２１に測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄを保持するために用いる充填剤２２は、板状セラミックス体２の熱伝導率に対し８．３〜１５０％の熱伝導率のものを用いる。熱伝導率の比率が８．３％未満になると、抵抗発熱体５より発生したジュール熱が、板状セラミックス体２を介して載置面３に伝わる速度に対し、充填剤２２を介して測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに伝わる速度が遅すぎる為、温度検知に遅れが生じ、オーバーシュート量が大きくなり過ぎるため好ましくない。また、１５０％を越えると、ジュール熱が板状セラミックス体２を介して載置面３に伝わる速度に対し、充填剤２２を介して測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに伝わる速度が速過ぎる為、載置面３が所定の温度に到達する前に、測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが温度検知をし、抵抗発熱体５への電力供給を早く止めてしまい、その結果、昇温が遅くなる為、好ましくない。さらに好ましくは、板状セラミックス体２の熱伝導率に対して２５〜１００％の熱伝導率の充填剤を用いる方が良い。
【００４３】
更に、前記充填剤の気孔率は、０．１％〜５０％の範囲にすることが好ましい。気孔率が０．１％未満になると、充填剤２２の柔軟性が損なわれ、ウェハ加熱装置１に温度サイクルを加えた際、板状セラミックス体２と充填剤２２との間に発生する熱応力を緩和出来なくなり、長期間、使用すると充填剤２２が板状セラミックス体２より剥離してしまい、正確な温度制御が出来なくなる為、好ましくない。また５０％を越えると気孔が断熱材として作用し、測定温度がなかなか安定しなくなるので好ましくない。さらに好ましくは、気孔率を０．５〜２５％とする方が、耐久性が増加しとオーバーシュート量が小さく良好なものになる。
【００４４】
上記の気孔率の調整は、充填後常温でしばらく放置し脱泡を行うなどして、巻き込んだ気泡を除去することにより調整することが好ましい。また、気孔率を増加させる手法としては、樹脂にカーボンや金属粉末のようなフィラーを混合する際の回転数や時間を調整することにより、増加させることができる。
【００４５】
更に充填剤２２の熱膨張係数については、板状セラミックス体２の熱膨張係数に対して５０％〜２００％の範囲のものが望ましい。充填剤２２の熱膨張係数が上記の範囲外となると、加熱冷却の繰り返しの際に、熱膨張係数の差による応力により測温素子１０が凹部２１からはみ出してくるようになるので好ましくない。また、板状セラミックス体２との濡れ性も重要である。測温素子１０と凹部２１との間に隙間が発生するようであると、隙間が断熱層として作用し正確な温度が測定できず、所定の温度になるまでの時間が長くなるので好ましくない。さらに好ましくは、板状セラミックス体２の熱膨張係数に対して７０〜１４０％の熱膨張係数を有する充填剤２２を用いると良い。
【００４６】
また、本発明に使用する充填剤２２としては、耐熱性樹脂にカーボンや窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、金属粉末のように高熱伝導性を有する粉末を分散させたものを使用することができる。このように樹脂に、高熱伝導性粉末を分散させたタイプの充填剤２２は流動性がいいので、充填時の作業性がよくなる。樹脂の種類としては、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等の耐熱温度が３００℃以上の樹脂を用いることが好ましい。これに対し、耐熱温度が２００℃以下のエポキシ樹脂、シリコン樹脂等を用いた場合、固着強度は高いが使用中に樹脂が炭化して脆くなり、測温素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが剥離して正確な温度が測定できなくなる。また、熱伝導率を損なわないように充填すれば、充填剤２２としてアルミナセメント等のセメント類を使用することも可能である。
【００４７】
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、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、板状セラミックス体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、板状セラミックス体２を冷却するためのガス噴出口、板状セラミックス体２の温度を測定するための測温素子１０を設置する。
【００４８】
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及び板状セラミックス体２を介して載置面３上のウェハＷを加熱する。
【００４９】
このとき、本発明によれば、板状セラミックス体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。
【００５０】
ところで、このような特性を満足するには、板状セラミックス体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体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、板状セラミックス体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。
【００５１】
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、板状セラミックス体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。
【００５２】
また、板状セラミックス体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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、板状セラミックス体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。
【００５８】
さらに、板状セラミックス体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。
【００５９】
一方、炭化珪素質焼結体を板状セラミックス体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体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、板状セラミックス体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。
【００６０】
炭化珪素質焼結体からなる板状セラミックス体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、板状セラミックス体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、板状セラミックス体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。
【００６１】
次に、絶縁層４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４を傷付け、絶縁層４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、板状セラミックス体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４として樹脂を用いる場合、絶縁層４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。
【００６２】
また、絶縁層４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。
【００６３】
なお、ガラスや樹脂から成る絶縁層４を板状セラミックス体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板状セラミックス体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。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炭化硼素質焼結体から成る板状セラミックス体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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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体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体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。
【００６７】
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板状セラミックス体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、板状セラミックス体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。
【実施例１】
【００６８】
熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体、板厚４ｍｍ、外径３００ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体を複数製作し、抵抗発熱体のブロック毎の温度を測定するための測温素子設置用の深さ２．３ｍｍ×１ｍｍφの凹部を加工する。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、各板状セラミックス体の一方の主面に絶縁層を被着するため、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の絶縁層を形成した。
【００６９】
次いで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の抵抗発熱体を形成した。抵抗発熱体は中心部を２つと外周部を周方向に４分割した６個のとした。測温素子の周りの抵抗発熱体による電力密度の影響を確認するため、測温素子周りの電力密度をその個別の抵抗発熱体の平均電力密度に対して、２０％〜１２０％のウェハ加熱装置を作製した。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、板状セラミックス体を製作した。
【００７０】
その後、各抵抗発熱体の測温部の凹部に抵抗素子からなる測温素子を、先端測温部が前記凹部の底部に接するように埋め込み、間に充填剤を充填した。この充填剤としては、樹脂（ポリイミド）を流し込んで固定した。
【００７１】
また、支持体は、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枚の板状構造体を準備し、この内の１枚に、１０本の導通端子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を準備した。
【００７２】
その後、前記支持体の上に、発熱パターン形成部の略中央部に該凹部を形成し、測温素子を設置し、無機系の充填剤で保持固定した板状セラミックス体を重ね、その外周部を弾性体を介してネジ締めするウェハ加熱装置とした。
【００７３】
そして、転写法により金ペーストからなる給電部を形成し、９００℃で焼き付け処理した。
【００７４】
ここでは、電力密度比と測温素子の配置の影響について調査した。また、板状セラミックス体の材質を窒化アルミニウムとし、それぞれのウェハ加熱装置の電力密度比は、９０％、１００％、１１０％、板状セラミックス体の凹部の位置の帯状の発熱体の重心Ｇからのずれ量Ｘを抵抗発熱体の板状セラミックス体の直径方向の幅の０％、１０％、２０％、３０％と変えて、ウェハ加熱装置を作製した。そして、このようにして得られたウェハ加熱装置の導電端子に通電して１５０℃で保持し、載置面の上に載せたウェハ表面の温度分布をウェハの中心とウェハの半径の１／３および２／３の周上の８分割点の１６点との合計１７点の温度バラツキが１℃以内となるように温度コントローラーの設定温度を各抵抗発熱体毎に補正し、その設定バラツキを確認した。また、ウェハを外しウェハ加熱装置のみで６０分以上保持した後、常温に維持されたウェハＷを、加熱装置に投入、載置面に載せた瞬間から１５０℃に安定するまでのウェハＷのオーバーシュート量、および１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間を、各試料それぞれ５回づつ計測し、その最大値を測定値とした。
【００７５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【表１】
2004221563.tif 000003
【００７６】
表１から判るように、試料Ｎｏ．１，２のウェハ加熱装置は、測温素子の周りの電力密度が大き過ぎるため、抵抗発熱体の温度が高いと検知し、出力のかかる時間が短くなるため、外周部の温度が緩やかに上昇しオーバシュート量が２℃、２．６℃と大きくなり、温度安定時間が６１秒、６７秒と大きく好ましくなかった。
【００７７】
これに対し、板状セラミックス体の凹部の位置を帯状の発熱体の重心Ｇの周方向のずれ量Ｘが２０度、また、径方向のずれ量Ｙを凹部の抵抗発熱体の幅の内側２０％、外側２０％、電力密度比が１００％より小さい試料Ｎｏ．３〜５は、オーバーシュート量が温度２℃未満で、温度安定時間が４８秒以下と小さく良好な過渡特性を示した。
【００７８】
また、測温素子の配置を変えて試験した結果、板状セラミックス体の凹部の位置を帯状の発熱体の重心Ｇのずれ量Ｘが３０％の試料Ｎｏ．６は、ウエハ温度が安定するまでの時間が５１秒とやや大きいのに対し、試料Ｎｏ．４，５は４５秒、４６秒と小さく好ましかった。
【実施例２】
【００７９】
ここでは、測温素子の配置の影響について調査した。板状セラミックス体の材質を窒化アルミニウムとし、それぞれのウェハ加熱装置の板状セラミックス体の抵抗発熱体の測温素子の近傍部の領域を凹の径に対して、１．２５、１．５、５、７．５倍の領域に変えて抵抗調整を行い、ウェハ加熱装置を作製した。測温素子の位置は各抵抗発熱体の重心に位置した。このようにして得られたウェハ加熱装置の導電端子に通電して１５０℃で保持し、実施例１と同様にして、温度の調整を行った。また、ウェハを外しウェハ加熱装置のみで６０分以上保持した後、常温に維持されたウェハＷを、加熱装置に投入、載置面に載せた瞬間から１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間を、各サンプル５回づつ計測し、その最大値を測定値とした。
【００８０】
結果を、表２に示した。
【表２】
2004221563.tif 000004
【００８１】
表２から判るように、試料Ｎｏ．２１，２４は、安定するまでの時間は改善されていない。これに対し、測温素子近傍の領域が凹径に対して、１．５〜５倍のＮｏ．２２，２３は、安定するまでの時間が４３秒以下と小さく好ましかった。  
【実施例３】
【００８２】
ここでは、測温素子の近傍部の電力密度比の影響について調査した。板状セラミックス体の材質を窒化アルミニウムとし、測温素子の重心Ｇからのずれ量Ｘを０％とし、電力密度比（測温素子周辺の電力密度／抵抗発熱体の平均電力密度）を３０％〜９５％の間としてウェハ加熱装置を作製した。
【００８３】
このようにして得られたウェハ加熱装置の導電端子に通電して１５０℃で保持し、実施例１と同様にして、温度の調整を行った。また、ウェハを外しウェハ加熱装置のみで６０分以上保持した後、常温に維持されたウェハＷを、加熱装置に投入、載置面に載せた瞬間から１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間を、各サンプル５回づつ計測し、その最大値を測定値とした。
【００８４】
結果を、表３に示した。
【表３】
2004221563.tif 000005
【００８５】
表３から判るように、試料Ｎｏ．３１のウェハ加熱装置は、常温に維持されたウェハＷを、１５０℃に加熱した載置面に載せ、載置面に載せた瞬間から１５０℃に安定するまでのウェハＷのオーバーシュート量が１．７℃とやや大きく
、また、１５０±０．５℃までに安定する時間も４３秒とやや大きかった。これは、測温素子周りの電力密度が平均電力密度より小さいことから、初期の温度が低いと検知し、その後出力する時間が長く続くため、１５０℃を越えてしまうオーバーシュート量が１．７℃と大きくなったものと考えられる。
【００８６】
また、試料Ｎｏ．３２は温度安定時間が４３秒で、オーバシュート量が１．１℃とやや大きかった。
【００８７】
これに対し、試料Ｎｏ．３２〜３６は、オーバーシュート量が温度１．５℃未満で、温度安定時間が４２以下と小さく良好な過渡特性を示した。
【００８８】
従って、測温素子近傍の電力密度が抵抗発熱体の平均電力密度の４０から９０％であると好ましいことが分った。
【実施例４】
【００８９】
ここでは、測温素子を固定するための充填剤の熱伝導率の影響について調査した。この充填剤としては、熱伝導率が１〜１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）となるように、熱伝導率が２３０〜４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ等の粉末を適宜分散させた樹脂（ポリイミド）、セラミックスセメント（アルミナセメント）、ロウ材（Ａｕ−Ｃｕロウ、Ａｇ−Ｃｕロウ）を流し込んで固定した。このようにして調した充填剤を用いて、それぞれの板状セラミックス体の凹部に測温素子を固定し、ウェハ加熱装置を作製した。
【００９０】
尚、作製したウェハ加熱装置の測温素子周りの電力密度はその個別の抵抗発熱体の平均電力密度に対して８０％とした。
【００９１】
実施例１と同様な方法で温度の調整を行った。また、常温に維持されたウェハＷを、ウェハ加熱装置に投入し、載置面に載せた瞬間から１５０℃に安定するまでのウェハＷのオーバーシュート量、および１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間を測定した。さらに、４０℃以下から２５０℃まで２分で昇温し、３分で４０℃以下に強制空冷する温度サイクルを１００００サイクル実施した。その後、常温に維持されたウェハＷを、ウェハ加熱装置の１５０℃の載置面に投入、載置面にウェハを載せた瞬間から１５０℃に安定するまでのウェハＷのオーバーシュート量、および１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間を測定した。
【００９２】
それぞれの結果は表４に示す通りである。
【表４】
2004221563.tif 000006
【００９３】
表４から判るように、試料Ｎｏ．４１、４２、５１、５２に示すウェハ加熱装置は、充填剤の熱伝導率が小さく応答性が悪いため、オーバーシュート量が１．２〜１．６℃とやや大きく、温度安定時間は３９〜４０秒とやや大きかった。
【００９４】
また、試料Ｎｏ．４９、５０、６０は、充填剤の熱伝導率が大きい為、抵抗発熱体の発熱による熱が早く測温素子に伝わり、温度安定時間が４０秒とやや大きかった。
【００９５】
これに対し、板状セラミックス体の熱伝導率に対する充填剤の熱伝導率が８．３〜１５０％である試料Ｎｏ．４３〜４８とＮｏ.５４〜５９は、常温に維持されたウェハＷを、加熱装置に投入、載置面に載せた瞬間から１５０℃に安定するまでのウェハＷのオーバーシュート量が１．１℃以下と小さく、また、１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間も３７秒以下となり、さらに良好な結果が得られた。
【実施例５】
【００９６】
ここでは、測温素子を固定するための充填剤の気孔率の影響について調査した。充填剤は、平均粒径１．０μｍのカーボンを分散させたポリイミド樹脂を用い、混合時の攪拌速度と真空脱泡の程度を調整することにより、充填剤の気孔率を０．１〜５０％の間で調整した。なお、気孔率は、同時に調整した樹脂を別途固化させて、その嵩比重を測定し、混合比から得られる理論密度との差を換算して気孔率とした。このようにして調整した充填剤を用いて、それぞれの板状セラミックス体の凹部に測温素子を固定し、ウェハ加熱装置を作製した。
【００９７】
そして、実施例１と同様な方法で温度サイクル試験前のオーバ-シュート量と温度安定時間を測定した。温度サイクル試験は、４０℃以下から２５０℃まで２分で昇温し、３分で４０℃以下に強制空冷する温度サイクルを１サイクルとして実施した。評価方法は実施例１と同等な手法で、１００００回の温度サイクル試験後にウェハ加熱装置の載置面を１５０℃に１時間以上加熱した後、常温に維持されたウェハＷを、ウェハ加熱装置の載置面に載せ、載置面に載せた瞬間から１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間を、各サンプル５回づつ計測し、その最大値を測定値とした。
【００９８】
結果を表５に示した。
【表５】
2004221563.tif 000007
【００９９】
表５から判るように、気孔が０．０５％の試料Ｎｏ．６１は、温度サイクル試験前は常温に維持されたウェハＷを、加熱装置に投入、載置面に載せた瞬間から１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間は３６秒であったが、温度サイクルが１００００サイクル試験後の結果は４１秒となった。これは、温度サイクルの回数が大きくなると板状セラミックス体と充填剤の熱膨張差により凹部から充填剤の抜けが生じたものによると考えられる。充填剤の気孔率が６０％の試料Ｎｏ．６９も、熱サイクル前の温度安定時間は３７秒で良好であったが、温度サイクルが１００００回後は４０秒になった。
【０１００】
これに対して、充填材の気孔率が０．１〜５０％の試料Ｎｏ．６２〜６８は温度サイクルによる温度安定時間の変化量は小さく安定していた。これは、気孔が充填剤の弾性を向上させ、充填剤とセラミック基板の熱膨張差による応力を吸収しているものと判断できる。
【実施例６】
【０１０１】
ここでは、測温素子を固定するための充填剤の熱膨張係数の影響について調査した。板状セラミックス体の材質を窒化アルミニウムとし、充填剤の熱膨張係数を１．５〜１４．３×１０−６／℃と変化させた充填剤を用いて、それぞれのウェハ加熱装置の板状セラミックス体の凹部に測温素子を固定し、ウェハ加熱装置を作製した。
【０１０２】
このようにして得られたウェハ加熱装置の導電端子に通電して１５０℃で保持し、実施例５と同様にして、温度の調整を行った。また、ウェハを外しウェハ加熱装置のみで６０分以上保持した後、常温に維持されたウェハＷを、加熱装置に投入、載置面に載せた瞬間から１５０±０．５℃に安定するまでの温度安定時間を、各サンプル５回づつ計測し、その最大値を測定値とした。
【０１０３】
また、実施例５と同様に温度サイクルを１００００サイクル実施し、温度安定時間を測定した。評価は具体的には、充填剤として熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるポリイミド樹脂にカーボン、Ａｌ、Ｃｕ等の金属を分散させたものを用いて評価した。
【０１０４】
結果を、表６に示した。
【表６】
2004221563.tif 000008
【０１０５】
表６から判るように、充填剤の熱膨張係数が板状セラミックス体の熱膨張係数に対して２９％の試料Ｎｏ．７１と熱膨張係数の比率が２８６％であるＮｏ．７９とは、サイクル前の温度安定時間は３４秒、３５秒と優れていたが、１００００サイクル後の温度安定時間は４１秒、４０秒と大きくなった。試料Ｎｏ．７１，７９は熱膨張係数の比が大きいので、熱サイクルにより測温素子の移動が起こり、温度安定時間がやや大きくなったった。
【０１０６】
これに対し、前記熱膨張係数の比が４３〜２１４％である試料Ｎｏ．７２〜７８は、Ｎｏ．７１、７９のような熱サイクルによる測温素子の移動が発生し難いことから、温度サイクルにより温度安定時間が大きくなる虞が小さくこのましい事が分った。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【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の板状セラミックス体を示す平面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置の測温素子設置部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】
【０１０８】
１：ウェハ加熱装置
２：板状セラミックス体
３：載置面
４：絶縁層
５：抵抗発熱体
６：給電部
７：導通端子
８：弾性体
１０：測温素子
１１：支持体
２１：凹部
２２：充填剤
８１：制御部
８２：記憶部
Ｗ：半導体ウェハ
ｔ：厚み
【図１】
2004221563.tif 000009
【図２】
2004221563.tif 000010
【図３】
2004221563.tif 000011
【図４】
2004221563.tif 000012