(57)【要約】【課題】ウエハの表面温度のバラツキが大きく、ウエハを交換した際のウエハ昇温過渡時の温度バラツキが大きいとの課題があった。【解決手段】本発明によれば、セラミックからなる均熱板の一方の主面または内部に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備え、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む支持体とからなり、前記均熱板の載置面の外周のうねりを１００μｍ以下とする。【選択図】　　　図１
2004095688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックからなる均熱板の一方の主面または内部に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備え、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む支持体とからなり、前記均熱板の載置面の外周のうねりを１００μｍ以下としたことを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
前記均熱板の載置面の中心部高さと、前記外周の平均高さとの差が２０〜１００μｍであることを特徴とした請求項１に記載のウェハ加熱装置。
【請求項３】
前記載置面に該載置面からの突出高さが５０〜３００μｍの複数の支持ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心部からウェハ径の０．４倍の範囲内である中心部に少なくとも１点、載置面の中心から載置面の径の０．４〜０．８倍の範囲内に少なくとも３点、載置面の径の０．８〜１倍の範囲内に少なくとも４点以上それぞれ同心円状に配置され、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のウェハ加熱装置。
【請求項４】
前記支持ピンの径は２〜１０ｍｍであり、かつ前記支持ピンとウェハの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ２以下であ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】
前記支持ピンの熱伝導率ｙ、均熱板の熱伝導率ｓの関係が０．０５≦ｙ／ｓ≦０．６０であることを特徴とする請求項１〜４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ため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、半導体ウエハ（以下、ウェハと略す）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、処理速度を高めるために、一枚ず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、枚葉式にすると一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、ウエハ支持部材に対して、ウェハ加熱時間の短縮・脱着の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】
ウェハのレジスト膜の形成にあたっては、図３に示すような、炭化珪素、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均熱板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が設置され、さらに前記抵抗発熱体３５に導通端子３７が弾性体３８により固定された構造のウェハ加熱装置３１が提案されている。そして、前記均熱板３２は支持体４１にボルト４７により固定され、さらに均熱板３２の内部には熱電対４０が挿入され、これにより均熱板３２の温度を所定の温度に保つように、導電端子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】
そしてウェハ加熱装置３１の載置面３３に、レジスト液が塗布されたウェハＷを載せた後、抵抗発熱体３５を発熱させることにより、均熱板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】
このようなウェハ加熱装置３１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成し、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、ウェハＷの温度分布を均一にすることが重要である。ウェハＷの面内温度差を小さくするため、加熱用の抵抗発熱体３５を内蔵したウェハ加熱装置３１において、抵抗発熱体３５の抵抗分布を調整したり、抵抗発熱体３５の分割し温度を個別に制御したり、熱引きを発生したりするような構造部を接続する場合、その接続部の発熱量を増大させる等の提案がされていた。
【０００７】
また、特開平１０−２２３６２４号公報には、図４に示すように、均熱板５２の載置面５３からウェハを浮かせて支持するために支持ピン５１を設置し、この位置を調整することにより載置面５３との間隔を調整し、ウェハＷの温度を均一にすることが示されている。
【０００８】
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できるようなウェハ加熱装置が求められている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示すウェハ加熱装置は、ウェハＷと均熱板との間隔が一定で無いと、ウェハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、前記間隔が小さい部分は均熱板の昇温の影響を大きく受けて速やかに温度が高めになり、逆に前記間隔が大きい部分はウェハＷの温度が遅れ気味に上昇するので、両者の間で温度差が大きくなりウェハＷ面内の温度差が大きくなるとの問題があった。そして、この温度差は、成膜バラツキや、レジスト膜の反応状態を不均一にしてしまうという問題を引き起こした。
【００１０】
また、近年、ウェハは大口径化と共に、スループットを高めるために、搬送速度が向上しており、このような急速搬送を行ったウェハは加速度によってウェハ加熱装置に載置された瞬間に数百μｍ撓んでしまい、ウェハ加熱装置表面の均熱板に接触する場合が生じてきている。また使用されるウェハは必ずしも平坦なものでなく、反ったものも存在するため、前記の方法では解決できないことがわかった。また均熱板もウェハの大型化に伴い、うねりや撓みが大きくなり、先に述べたウェハ自身の反り、急速搬送に伴うウェハの撓みとにより、ウェハと均熱板との距離が不均一となり、レジストの焼付けが均一に出来ないとの課題があった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、セラミックからなる均熱板の一方の主面または内部に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備え、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む支持体とからなり、前記均熱板の載置面の外周のうねりを１００μｍ以下としたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記載置面に該載置面からの突出高さが５０〜３００μｍの複数の支持ピンを備え、該支持ピンは載置面の中心から載置面の径の０．４〜０．８倍の範囲内に少なくとも３点、載置面の径の０．８〜１倍の範囲内に少なくとも４点以上それぞれ同心円状に配置され、略同心円上の支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、前記支持ピンの径は２〜１０ｍｍであり、かつ前記支持ピンとウェハの接触面積は支持ピン１本あたり１０ｍｍ２以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記支持ピンの熱伝導率ｙ、均熱板の熱伝導率ｓの関係が０．０５≦ｙ／ｓ≦０．６０であることを特徴とする。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は本発明にかかわるウェハ加熱装置１の１つの例を示す断面図であり、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、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とすると共に、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、該抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を具備し、給電部６に導通端子７が接続している。これらの給電部６を囲む支持体１１が均熱板２の他方の主面の周辺部に固定されている。
【００１７】
抵抗発熱体５のパターンとしては、円弧状の帯状電極部と直線上の帯状電極部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。抵抗発熱体５は金や銀、パラジウム、白金族の金属や、タングステン、ニッケル等の高融点金属を使用することができる。
【００１８】
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を押圧して接触させることにより、導通が確保されている。
【００１９】
さらに、均熱板２と支持体１１の外周にボルト１７を貫通させ、均熱板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弾性的に固定している。これにより、均熱板２の温度を変更したり、載置面３にウェハＷを載せ均熱板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、これにより均熱板２の反りを防止し、ウェハＷ加熱におけるウエハ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００２０】
また支持体１１は板状構造体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熱電対の保持部が形成されている。そして、前記導通端子７は、給電部６に弾性体８により押圧される構造になっている。また、前記板状構造体１３は、複数の層から構成されていてもよい。
【００２１】
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後、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及び均熱板２を介して載置面３上のウェハＷを加熱する。
【００２２】
本発明のウェハ加熱装置は、支持体１１に装着した均熱板２の載置面の外周のうねりが１００μｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
これは前記均熱板２の外周のうねりが１００μｍ以上となると、ウェハＷと均熱板２の間隔が不均一になり、ウェハＷ表面の温度の均一性が保てなくなるからである。ウェハＷと均熱板２の距離が不均一となると、ウェハＷを入れ替えた際の昇温過渡時に、ウェハＷの前記間隔が小さい部分で均熱板の昇温の影響を大きく受けて速やかに温度が高めになり、逆にウェハＷの前記部分が大きい部分は均熱板２の温度より遅れ気味に上昇するので、両者の間で温度差が大きくなりウェハＷの表面の温度差が大きくなる。そして、該温度差により、成膜バラツキやレジスト膜の反応状態を不均一にしてしまう虞がある。
【００２４】
また載置面３の支持ピン１４は凹部１５の底面からの高さが一定となるように制御している。よって均熱板２のうねりによる高さの差が大きい場合、ウェハＷと接触しない支持ピン１４が存在することもある。これによりウェハＷ表面において、支持ピン１４が接触する部分としない部分とで支持ピン１４からの熱伝導差から温度差が生じることもある。
【００２５】
しかし均熱板２のうねりを上記範囲内に制御すれば、ウェハの表面温度バラツキを±０．３℃以内に抑えることを見出した。より望ましくは上記均熱板の外周部のうねりは５０μｍ以下が良い。
【００２６】
また、均熱版２の外周のうねりを前記範囲内とすることでウェハＷを入れ替えた際のウェハＷの昇温過渡時において、立ち上がりの温度ばらつきを抑えることができる。これはウェハＷの表面温度が十分安定した状態においては、熱電対により温度制御ができるが、常温からの急激な温度変化が発生する過渡時においては、熱電対による温度制御ではウェハＷ面内の温度を均一にし難く、抵抗発熱体５からの輻射熱、特にウェハＷと均熱板間２の距離による影響が大きくと考えられる。
【００２７】
尚、均熱板２の載置面の外周とは均熱板の外辺から大よそ３０ｍｍ以内の円環状の領域を示し、ウェハＷの外周部に対応する部分である。ウェハＷの大きさが直径２００ｍｍであれば載置面３の中心から直径２００ｍｍの円上のうねりを３次元測定器で測定し本発明の外周のうねりを求めることができる。
【００２８】
更に、本発明の均熱板２の外周のうねりを上記範囲内に納めるには均熱板２を形成する板状セラミックス体の内部に歪を設けない無いよう、均一に焼成することが重要である。
【００２９】
また、焼成した板状セラミックス体を研削加工或いはラッピング加工する際に、加工歪を除くために砥粒サイズを１μｍ以下として最終仕上げ加工代を５０μｍ以上として加工することで板状セラミックス体の内部の歪を取り除くことができ平坦な板状セラミックス体を作製できるとともに、この板状セラミックス体を使い均熱板２を作製するとうねりの小さな均熱板２が得られる。
【００３０】
また、本発明のウェハ加熱装置の均熱板２の中心部高さと外周の平均高さとの差は２０〜１００μｍ以内であることを特徴とする。
【００３１】
ウェハＷ表面の温度差を小さくするには、均熱板２とウェハＷの間隔はウェハＷの全面で一定であることが望ましい。しかし、載置面３上の支持ピン１４が中心から等距離の円周上に備えてあると支持ピン１４の配置位置とウェハＷの自重に起因してウェハＷが撓み、支持ピン１４から離れたウェハＷの外周で均熱板２との間隔が小さくなったり、支持ピン１４の間でウェハＷ表面と均熱板２の間隔が小さくなる。そこで、このウェハＷの撓みによる前記間隔の変化を小さくするために、ウェハＷ表面を凸面或いは凹面に変形させることが好ましいことが判明した。そして、ウェハＷと均熱板２の間隔を一定に保つにはウェハＷの中心部が周辺より２０μｍ〜１００μｍの差があると、ウェハＷ表面の全面に渡り均熱板２との間隔を一定にできることを見いだした。
【００３２】
従って、ウェハＷの中心部が周辺より２０μｍ〜１００μｍの差があり均熱板２とウェハＷの間隔を一定とするには、載置面３もこれに沿って中心部が周辺より２０μｍ〜１００μｍの差があることが好ましい。載置面３の中心部と周辺の差が２０μｍを下回ると、ウェハＷの撓みと載置面３の曲面を一致せずウェハＷと均熱板２の間隔が変化しウェハＷ面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、載置面３の中心部と周辺の差が１００μｍを越えると、同様に前記間隔がおおきくなりウェハＷ面内の温度差が大きくなる虞があるからである。より望ましくは均熱板２の中心部高さと外周面の平均高さの差は２０〜５０μｍとしたほうがよい。
【００３３】
そして、図２に示すように載置面３には複数の凹部１５が形成されており、該凹部１５の中にウェハＷを支えるための支持ピン１４を配置している。そして、前記支持ピン１４の載置面３からの突出高さｈは、５０〜３００μｍが好ましく、該支持ピン１４は載置面３の中心部からウェハ径の０．４倍の範囲内である中心部２ａに少なくとも１点、ウェハ径の０．４〜０．８倍の範囲内である中間部２ｂに少なくとも３点、ウェハ径の０．８〜１倍の範囲内である最外周部２ｃに４点以上配置され、略同心円上の支持ピン１４の突出高さのバラツキは１５μｍ以下が好ましい。この突出高さｈは、図に示すように支持ピン１４の先端が載置面３から突き出ている高さを意味している。
【００３４】
前記突出高さが５０μｍ未満となると、均熱板２の温度に影響されやすくなり昇温過渡時の温度バラツキが大きくなり好ましくない。また、前記突出高さｈが３００μｍを越えると、ウェハＷの温度分布は小さくなるが、ウエハ交換後のウェハＷ温度の昇温応答性が悪くなり、ウェハＷの温度が安定するまでの時間が長くなり好ましくない。これに対し、前記突出高さを５０〜３００μｍとすると、昇温過渡時の温度バラツキを小さくすることができ、かつウェハＷの温度を速やかに安定させることができる。より好ましくは５０〜２００μｍの範囲が良い。
【００３５】
また、支持ピン１４は載置面３の前記中心部２ａに少なくとも１点、前記中間部２ｂに少なくとも３点、前記外周部２ｃに４点以上配置されないと、ウェハＷの載置状態が不安定となり、かつ略同心円状でなければ、前記支持ピン１４による作用点とウェハ重心が一致しないために、安定したウエハ配置は望めないためである。
【００３６】
よって、ウェハＷを安定して支持するためには、該支持ピン１４は載置面３の中心部２ａに少なくとも１点、中間部２ｂに少なくとも３点、外周部２ｃに４点以上配列することが好ましい。
【００３７】
更に、前記略同心円上の支持ピン１４の突出高さｈのバラツキが１５μｍを越えると、ウェハＷを載せ替えた際の昇温過渡時に、ウェハＷと載置面３との間隔が小さい部分は均熱板２の昇温の影響を大きく受けて温度は速やかに上昇し、逆に前記間隔が大きい部分はウェハＷの温度が遅れながら上昇するので、両者の間で温度差が過大となって好ましくない。ゆえに、略同心円上の支持ピン１４の突出高さのばらつきは、１５μｍ以下としなければならない。
【００３８】
また、本発明の前記支持ピン１４の直径は２〜１０ｍｍであり、かつ該支持ピン１４とウェハＷの接触面積は支持ピン１４の１本あたり１０ｍｍ２以下で、かつ前記支持ピン１４の熱伝導率ｓと支持ピン１４の熱伝導率ｙの関係が０．０５≦ｙ／ｓ≦０．６０であることが好ましいことが判明した。
【００３９】
支持ピン１４の熱伝導率ｙと均熱板２の熱伝導率ｓとの関係ｙ／ｓが０．０５より小さいと、支持ピン１４を介しての熱伝導によりウェハＷに供給される熱量が、均熱板２からの輻射によりウェハＷに供給される単位面積あたりの熱量より小さくなり、支持ピン１４で支えられた部分のウェハＷの昇温が遅くなり、温度差が大きくなる。逆にｙ／ｓが０．６０より大きくなると、支持ピン１４に接触している部分のウェハＷの昇温上昇が早くなるため、温度差が大きくなる。これに対し、前記ｙ／ｓを０．０５〜０．６０とすると、良好な温度分布を維持することが可能となる。
【００４０】
前記支持ピン１４の直径を２〜１０ｍｍとしたのは、前記支持ピン１４によって阻害されてしまう均熱板２からウェハＷへの熱伝達を、前記支持ピン１４がウェハＷに直接触れることによる熱伝導によって、バランスよく補わなければならないからである。
【００４１】
すなわち、前記支持ピン１４の直径が２ｍｍより小さくなると、前記支持ピン１４からウェハＷに伝わる熱量が減少し、ウェハＷの前記支持ピン１４で支持する部分のみが低温となってしまい、逆に前記支持ピン１４の直径が１０ｍｍより大きくなると、前記支持ピンからウェハＷに伝わる熱量が大きすぎて、ウェハＷの支持ピン１４で支持する部分のみが高温となってしまうためである。
【００４２】
また、該支持ピン１４とウェハＷの接触面積を支持ピン１本あたり１０ｍｍ２以下としたのは、前記支持ピン１４とウェハＷの接触面積が１０ｍｍ２を越えると、支持ピン１４からの伝熱量が増え、この部分のウェハＷ温度が上昇し、ウェハＷの温度ムラとなってしまうからである。よって、前記支持ピン１４は、先細り加工や先端Ｒ面加工など先端形状を変化させることによって、前記支持ピン１４とウェハＷの接触面積を支持ピン１本あたり１０ｍｍ２以下とし、より望ましくは３ｍｍ２以下とした方が良い。なお、ウェハＷに対するパーティクル付着を低減させる観点からも、ウェハＷに接触する支持ピン１４の面積は小さくする方が好ましい。
【００４３】
また、均熱板２は炭化珪素質焼結体、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、６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、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無く、微細な配線を高密度に形成させることが可能である。
【００４４】
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）と含有した焼結体や、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。
【００４５】
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。そして、焼結温度２０００〜２２００℃から１６００℃の固化温度までの冷却時間を１時間以上とすると焼結体内部に歪が小さく焼結体を研削加工してもうねりを小さくすることができる。
【００４６】
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。そして、焼結温度１９００〜２１００℃から１６００℃の固化温度までの冷却時間を１時間以上とすると焼結体内部に歪が小さく焼結体を研削加工してもうねりを小さくすることができる。
【００４７】
そして、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としてのＳｉＯ２と、意図的に添加したＳｉＯ２の総和である。そして、焼結温度１６５０〜１７５０℃から１３００℃の固化温度までの冷却時間を１時間以上とすると焼結体内部に歪が小さく焼結体を研削加工してもうねりを小さくすることができる。
【００４８】
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、焼結助剤としての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に混合し、平板上に加工した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。そして、焼結温度１９００〜２１００℃から１６００℃の固化温度までの冷却時間を１時間以上とすると焼結体内部に歪が小さく焼結体を研削加工してもうねりを小さくすることができる。
【００４９】
これらの均熱板をなす焼結体は、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、均熱板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。
【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。その為には、載置面３やその裏面の研削加工やラッピング加工を行う際に、最終仕上げ面の固定砥粒サイズを３０μｍ以下、遊離砥粒サイズは２０μｍ以下とし、最終加工代を５０μｍ以上更に好ましくは１００μｍ以上とすると均熱板２の内部に歪が少なく、うねりの小さな均熱板２が得られる。
【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、多少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３５０μｍ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１００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００〜３５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００５２】
また、均熱板２を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合には、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には、省略することが可能である。
【００５３】
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後、８００〜１０００℃の温度で焼き付ければよい。また、絶縁層４としてガラスを用いる場合は、予め炭化珪素質焼結体又は炭化硼素質焼結体からなる均熱板を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。
【００５４】
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）、白金族金属等の金属、あるいは酸化レニウム（Ｒｅ２Ｏ３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ３）等の導電性酸化物のうち１種以上を導電材として含む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後焼き付けて前記導電材を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。
【００５５】
ただし、抵抗発熱体５に銀または銅を用いる場合、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と同一の材質からなる保護膜を３０μｍ程度の厚みで被覆しておけば良い。
【００５６】
上記絶縁層４を形成するガラスとしては、結晶質また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を構成するセラミック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を形成するセラミック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、均熱板に反りが発生したり、クラックや剥離等の欠陥が生じやすいからである。
【００５７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示す。
【００５８】
（実施例　１）
熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体にダイヤモンド砥石を使い研削加工を施し、板厚４ｍｍ、外径３００ｍｍの円板状をした板状セラミックス体を複数枚製作した。試料Ｎｏ．１〜５は前記ダイヤモンド砥石の砥粒サイズ＃８００とし、試料Ｎｏ．６は砥粒サイズを＃２５０とし最終仕上げの研削加工を施した。各板状セラミックス体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エチルセルロースと有機溶剤として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℃にて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。
【００５９】
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は円形の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Ａｕを含有する導電性接着剤を用いて固着させることにより、均熱板２を製作した。
【００６０】
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ＳＵＳ３０４からなる２枚の板状構造体１３を準備し、この内の１枚に、熱電対１０、１０本の導通端子７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得た。
【００６１】
その後、前記支持体１１の上に、均熱板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。
【００６２】
さらに、バネを有する導通端子７を装着した支持体１１に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エハ加熱装置１とした。
【００６３】
均熱板の中心部高さと外周部の平均高さの差を１００μｍとし、各支持ピンの突出高さを３００μｍ、その支持ピンの高さのバラツキを１５μｍ、支持ピンの径を直径φ１０ｍｍ、支持ピンとウェハＷとの接触面積を１０ｍｍ２とした。そして、支持体に装着した際の均熱板の載置面の外周部うねりを２、５、１２、５０、１００、２０４μｍと変えた均熱板を用いたウェハ加熱装置を準備した。
【００６４】
尚、均熱板２の外周部うねりはバネによって調整し、三次元測定器により確認した。
【００６５】
そして、このように得られたウェハ加熱装置の導電端子に通電して１５０℃で保持したのち、３０分保持した時のウェハＷ面内の温度バラツキを面内温度バラツキとした。またウェハを載せ替えた後、５０秒後のウェハＷ面内の温度バラツキを過渡時温度バラツキとした。尚、バラツキとは最高温度と最低温度の差で表した。
【００６６】
ここで、ウェハＷの面内温度バラツキが０．６℃以内で、且つ過渡時の温度バラツキは１．０℃以内あると優れたウェハ加熱装置として使えることがわかった。このようにして得られた結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2004095688.tif 000003
【００６８】
表１から、均熱板のうねりが１００μｍ以下である試料Ｎｏ．１〜５は、ウェハＷの面内温度バラツキが０．６℃以内と小さく、しかも過渡時の温度バラツキは１．０℃以内と小さく優れている事が判明した。
【００６９】
一方、均熱板のうねりが２０４μｍの試料Ｎｏ．６は面内温度バラツキは０．７℃と大きく、過渡時温度バラツキも１．２℃と大きかった。
【００７０】
従って、均熱板の外周のうねりを１００μｍ以下とすることで、ウェハＷの面内温度バラツキおよび過渡時温度バラツキが小さく優れた特性を示すことが分った。
【００７１】
（実施例　２）
次に、ウェハＷの昇温過渡時における温度分布と均熱板の中心部高さと外周部高さの平均との差の影響を調べた。
【００７２】
まず実施例１と同様の手順でウェハ加熱装置を作製した。
【００７３】
そして、均熱板の外周部のうねりを５０μｍ、各支持ピンの突出高さを３００μｍとし、そのバラツキを１５μｍ、支持ピンの径をφ１０ｍｍ、支持ピンとウェハＷとの接触面積を１０ｍｍ２として、均熱板の中心部高さと外周部の平均高さの差を１２、２０、３２、７７、１００、１５３μｍとし、中に凸の形状をしたサンプルを作製した。そして、実施例１と同様に評価した。得られた結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
2004095688.tif 000004
【００７５】
表２より、Ｎｏ．８〜１１のように均熱板２の中央高さと外周高さの差が２０〜１００μｍの範囲内であれば、ウェハＷの面内温度バラツキや過渡時温度バラツキがそれぞれ０．５℃、０．８℃以内と小さく優れた特性を示した。
【００７６】
しかし、均熱板の中央高さと外周高さの差が２０μｍ以下であるＮｏ．７や、１００μｍを越えるＮｏ．１２は、ウェハＷの面内温度バラツキが０．６℃で過渡時温度バラツキが１．０℃とやや大きかった。
【００７７】
（実施例　３）
次に、ウェハＷの温度分布に対する支持ピン１４の載置面３からの突出高さバラツキの影響を調べた。
【００７８】
まず、実施例と同様にしてウェハＷ加熱装置１を作製した。
【００７９】
そして、均熱板の外周部のうねりを５４μｍとし、均熱板の中心部高さと周辺部の平均高さの差を３２μｍ、支持ピンの径をφ１０ｍｍ、支持ピンとウェハＷとの接触面積を１０ｍｍ２とし、支持ピンの突出高さを０．０３〜０．５ｍｍとした。そしてその突出高さバラツキは５〜２０μｍとなった。なお支持ピン１４の載値面３からの突出高さｈは、１μｍ精度のデプスゲージを用いて測定した。
【００８０】
このようにして得られた結果を表３に示す。
【００８１】
【表３】
2004095688.tif 000005
【００８２】
表３より、支持ピンの突出高さが５０〜３００μｍである試料Ｎｏ．１４〜１７はウェハＷの面内温度バラツキが０．４℃以内で過渡時の面内温度バラツキも０．７℃と小さく好ましかった。
【００８３】
また、支持ピン突出高さバラツキが同じ試料Ｎｏ．１６、１９、２０を比較すると、支持ピンの突出高さのバラツキは１５μｍ以下であるとウェハＷの面内温度バラツキは０．５℃以下と小さく、過渡時の面内温度バラツキは０．７℃以下と小さかった。
【００８４】
しかし、同心円上の支持ピン突出高さが３０μｍであるＮｏ．１３はウェハＷ面内の温度バラツキが０．７℃とやや大きく、また、支持ピン突出高さが４００μｍであるＮｏ．１８は、過渡時面内温度バラツキが０．８℃とやや大きかった。
【００８５】
従って、支持ピンの突出高さが５０〜３００μｍで、同心円上の支持ピン突出高さが５０〜３００μｍであると更に好ましいことが分った。
【００８６】
（実施例　４）
次に、ウェハＷの温度分布に対する支持ピン１４からの熱伝導の影響を調べた。支持ピン１４の形状によって生じる過渡特性に関する実験を行った。
【００８７】
まず、実施例１と同様にしてウェハ加熱装置１を作製した。
【００８８】
そして、均熱板の外周部のうねりを５４μｍとし、均熱板の中心部高さと外周部の平均高さの差を３２μｍ、同心円上の支持ピンの突出高さｈを１０５μｍ、突出高さのバラツキを５μｍとし、支持ピン１４の外径をφ１〜１２ｍｍ、支持ピンとウェハＷの接触面積を０．７〜１５ｍｍ２の範囲内で調整したサンプルを準備した。
【００８９】
なお支持ピンは純度の異なるアルミナ製のセラミックを準備した。またこれらのサンプルについて、ウェハＷを入れ替えた際の昇温過渡時において、所定時間に達したときのウェハＷの温度バラツキを評価した。
【００９０】
このようにして得られた結果を表４に示す。
【００９１】
【表４】
2004095688.tif 000006
【００９２】
表４より、支持ピンの径がφ２〜φ１０ｍｍであり、前記支持ピン１４とウェハＷの接触面積は、支持ピン１４の１本あたり１０ｍｍ２以下である試料Ｎｏ．２２〜２６はウェハＷの面内温度バラツキが０．４℃以内でしかも過渡時の面内温度バラツキは０．６℃以下と小さく更に好ましいことが分った。
【００９３】
（実施例　５）
次に、支持ピン１４の熱伝導率ｙと均熱板２の熱伝導率ｓとの比ｙ／ｓと、ウェハＷの温度分布の関係を評価した。
【００９４】
試料は、実施例１と同様にして加工し、均熱板の外周部のうねりを５４μｍとし、均熱板の中心部の高さと外周部の平均高さの差を３２μｍ、同心円上の支持ピンの突出高さｈを１０５μｍ、突出高さのバラツキを５μｍとし、支持ピン１４の外径をφ５ｍｍ、支持ピンとウェハＷの接触面積を３．０ｍｍ２とし、均熱板２の材質を炭化珪素と窒化アルミニウムとし、支持ピン１４の材質をジルコニア、アルミナ（純度９２％、９９．５％、９９．９９％、炭化珪素、窒化アルミニウムと変更して、前記ｙ／ｓの値を０．０２〜２．５６の範囲で調整した。
【００９５】
このようにして得られた結果を表５に示す。
【００９６】
【表５】
2004095688.tif 000007
【００９７】
表５より、支持ピン１４と均熱板２の熱伝導率の比ｙ／ｓが０．０５より小さい試料Ｎｏ．３２は、支持ピンからの熱伝導が伝わりにくいので、支持ピンと接触した部分の温度が低くなる傾向があり、昇温過渡時の温度バラツキが０．６℃とやや大きくなった。
【００９８】
逆に、前記熱伝導率の比ｙ／ｓが０．６０より大きいＮｏ．４１〜４３は、支持ピン１４からの熱伝導が大きくなり、支持ピン１４を介して早く熱が伝わるので昇温過渡時の温度バラツキが０．６〜０．８℃とやや大きくなった。
【００９９】
これに対し、ｙ／ｓを０．０５〜０．６の範囲内とした、Ｎｏ．３３〜４０は、ウェハＷを交換した際の、所定温度に対するウェハＷの過渡時のウェハ面内温度バラツキを小さくでき好ましいことがわかった。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックからなる均熱板の一方の主面または内部に抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備え、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む支持体とからなり、前記均熱板の載置面の外周のうねりを１００μｍ以下とすることで、ウェハを加熱した過渡時のウェハ面内の温度差を小さくできるとともにその後のウェハ面内の温度を均一にできる。
【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】（ａ）は本発明のウエハ加熱装置の均熱板の平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図４】従来のウエハ加熱装置の均熱板を示す断面図である。
【符号の説明】
１、３１：ウエハ加熱装置
２、３２：均熱版
３、３３：載置面
４、３４：絶縁層
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：熱電対
１１、４１：支持体
１４、４４：支持ピン
１５、４５：凹部
Ｗ：ウエハ
【図１】
2004095688.tif 000008
【図２】
2004095688.tif 000009
【図３】
2004095688.tif 000010
【図４】
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