(57)【要約】【課題】ウェハ支持部材の温度がばらつき、必要な均熱性や温度応答性が得られないという課題があった。【解決手段】本発明によれば、板状セラミックス体の一方の主面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たウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの熱容量が、前期板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍とすることによりウェハ面内の温度差が小さく冷却時間の短い優れたウェハ保持部材が得られる。【選択図】　　　図１
2004079653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミックス体の一方の主面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たウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの熱容量が、前記板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とするウェハ支持部材。
【請求項２】
板状セラミックス体の一方の主面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たウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの表面積Ｓ（ｃｍ２）と前記金属ケースの体積Ｖ（ｃｍ３）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることを特徴とするウェハ支持部材。
【請求項３】
前記板状セラミックス体の外周部に位置する前記抵抗発熱体は同心円状の円弧状パターンを有し、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持部材。
【請求項４】
前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記金属ケースと接続する接触部材を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウェハ支持部材。
【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支持部材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）を加熱するためのウェハ支持部材が用いられている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、複数のウェハを一括して加熱するバッチ式と、１枚ずつ加熱する枚葉式とがあり、枚葉式には、温度制御性に優れているので、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴い、ウェハ支持部材が広く使用されている。
【０００４】
このようなウェハ支持部材として、例えば特開２００１−１３５６８４号公報、特開２００１−２０３１５６号公報、特開２００１−３１３２４９号公報や特開２００２−７６１０２号公報には、図５に示すようなウェハ支持部材が提案されている。
【０００５】
このウェハ支持部材７１は、板状セラミック体７２、金属ケース７９、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状の金属ケース７９の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状セラミック体７２を樹脂製の断熱性の接続部材７４を介してボルト８０で固定され、その上面をウェハＷを載せる載置面７３とするとともに、板状セラミック体７２の下面に、例えば図６に示すような同心円状の抵抗発熱体７５を備えるようになっていた。
【０００６】
さらに、抵抗発熱体７５の端子部には、給電端子７７がロウ付けされており、この給電端子７７が金属ケース７９の底部７９ａに形成されたリード線引出用の孔７６に挿通されたリード線７８と電気的に接続されるようになっていた。
【０００７】
そして、板状セラミックス体７２と金属ケースで囲まれた空間内にノズル８２より冷媒を送り、循環させ排出口８３より排出することにより板状セラミックス体７２を冷却するようになっていた。
【０００８】
ところで、このようなウェハ支持部材７１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするにはウェハの温度分布を均一にすることとが重要であり、同時にウェハを加熱・冷却する際の過渡時の時間が小さく、しかも過渡時の温度が均一であることが求められている。更に、ウェハの加熱温度を変更するためにウェハ支持部材７１の設定温度を変更する必要があり、ウェハ支持部材７１を短時間に昇温したり冷却する時間が短い必要があった。
【０００９】
特開２００２−８３８４８号公報には、図５に示すように、金属ケース７９の底部７９ａの面粗度を一定の値以下とすると冷媒が底部７９ａとの界面で気流の乱れが無く昇温効率や冷却効率を向上させている。
【００１０】
また、特開２００２−１００４６２号公報には、上記のウェハ支持部材の熱容量を５０００Ｊ／Ｋ以下として、ウェハの昇温速度や冷却速度を高めている。しかし、金属ケース７９の熱容量は板状セラミックス体７３の熱容量の３．３倍以上と大きく、また、金属ケース７９の表面積Ｓと金属ケース７９の体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５（１／ｃｍ）を下回ることから冷却時間が長かった。
【００１１】
しかし、いずれもウェハの設定加熱温度を変更する時間は長く、短時間で温度変更できるウェハ支持部材が求められていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年生産効率の向上の為、ウェハサイズの大型化が進んでいるが、半導体素子自体も多様化し、必ずしも大判ウェハで製造することが生産効率の向上にはつながらず、ひとつの装置で、多種多様のウェハサイズや熱処理条件に対応可能な装置が望まれている。
【００１３】
更に、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、ウェハの温度の均一性は勿論のこと、ウェハをウェハ支持部材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も極めて重要となり、ウェハ載置直後から概ね６０秒以内にウェハの温度が均一に安定することが望まれている。
【００１４】
特に、ウエハＷを板状セラミックス体７２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。
【００１５】
しかしながら、特開２００２−６４１３３号公報に紹介されているウェハ支持部材では、直径２１０ｍｍの窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体に０．３５〜０．８１ｋｇの金属ケースとその付属品０．４３〜２．９１ｋｇから構成されている。また、直径３２０ｍｍの窒化アルミニウムに０．７３〜１．５１ｋｇの金属ケースと、その付属品０．７７〜６．２９ｋｇから構成されていた。しかし、これらのウェハ支持部材は、ウェハの急速な昇温や冷却する時間が長く不十分であり、ウェハ面内の過渡的な温度差が大きいとの問題があった。
【００１６】
また、特開２００２−８３８４８号公報に記載のウェハ支持部材では図５に示した板状セラミックス体７３と金属ケース７９が囲む空間に冷媒を循環させ冷却するに、金属ケース７９の底面７９ａの表面粗度Ｒａを２０μｍ以下とし気流の乱流をなくし冷却効率を大きくしているが、ガスノズルからの気流の流れる範囲が限定され、部分的にしか冷却されないことから前記同様にウェハ表面の温度差が大きくなるとの問題があった。
【００１７】
更に、特開２００２−１００４６２号公報に記載のウェハ支持部材では、熱容量を５０００Ｊ／Ｋ以下とし、昇温特性と冷却特性を向上させているが、ウェハ面内の温度差が大きいとの問題があった。
【００１８】
【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の一方の主面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たウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの熱容量が、前期板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とする。
【００１９】
また、前記金属ケースの表面積Ｓ（ｃｍ２）と前記金属ケースの体積Ｖ（ｃｍ３）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることを特徴とする。
【００２０】
また、前記板状セラミックス体の外周部に位置する前記抵抗発熱体は同心円状の円弧状パターンを有し、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であることを特徴とする。
【００２１】
また、前記ウェハ支持部材において、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記金属ケースと接続する接触部材とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
【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。
【００２３】
図１は本発明に係るウェハ支持部材１の１例を示す断面図で、炭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に給電端子１１が接続している。これらの給電部６を囲む金属ケース１９が接続部材１７を介して板状セラミックス体２の他方の主面の周辺部に固定されている。
【００２４】
そして、金属ケースの底面２１には冷却ガスを突出させるガス噴射用のノズル２４を備え、ガス噴射用のノズル２４から噴射された冷却ガスが板状セラミックス体２の下面に注がれ、板状セラミックス体２の下面の熱を奪い、加熱された冷却ガスは囲まれた金属ケース１９に熱を伝えながら金属ケース１９の底面２１の開口部２３から外部に排出されることで板状セラミックス体２を急激に冷却することができる。
【００２５】
特に、複数のノズル２４から噴射された冷却ガスは大きなガス流速で板状セラミックス体２の下面に噴射され、板状セラミックス体２の一部を急激に冷却し、板状セラミックス体２の一部の冷却域が板状セラミックス体２の熱伝導により板状セラミックス体２の全体に広がり冷却されるように構成されている。
【００２６】
また、ウェハリフトピン２５は板状セラミック体２を貫通する孔を通してウェハＷを上下に移動させウェハＷを載置面３に載せたり降ろしたりすることができる。そして、給電部６に給電端子１１が接続し外部から電力が供給され、測温素子２７で板状セラミックス体２の温度を測定しながらウェハＷを加熱することができる。
【００２７】
尚、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、ウェハＷの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。
【００２８】
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に給電端子１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６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。
【００２９】
本発明のウェハ支持部材１は、該金属ケース１９に前記板状セラミックス体２を冷却するノズル２４を備え、前記金属ケース１９の熱容量は、前記板状セラミックス体２の熱容量の０．５〜３．０倍であることを特徴とする。
【００３０】
金属ケース１９の熱容量が板状セラミックス体２の熱容量の０．５倍を下回るとノズル２４から噴射された冷却ガスが板状セラミックス体２に当たり板状セラミックス体２の熱を奪い熱せられた冷却ガスの熱が金属ケース１９に効率良く吸収されることがなく、充分に板状セラミック体２の熱を伝えることができないことから、板状セラミックス体２の温度を低下させる効果が小さい。
【００３１】
金属ケース１９の熱容量が板状セラミックス体２の熱容量の３．０倍を越えると、金属ケース１９の熱容量が大き過ぎることから板状セラミックス体２の熱を金属ケース１９に冷却ガスを介して伝えることはできるが、板状セラミックス体２を加熱する際に、板状セラミックス体２からの輻射熱が金属ケース１９に過剰に伝わり板状セラミックス体２を加熱しても昇温速度が小さくなる虞があった。好ましくは金属ケース１９の熱容量は板状セラミックス体２の熱容量の０．７〜１．２倍であり、更に好ましくは０．９〜１．２倍であった。このような範囲の熱容量とすることで、板状セラミックス体２の熱がノズル２４から噴射された冷却ガスを介して、金属ケース１９に伝わるとともに外部へ効率良く排出される。特に金属ケースの熱容量が板状セラミックス体２の熱容量に近いと板状セラミックス体２の熱の大よそ半分が金属ケースに伝わり金属ケースの外面から放散されることで板状セラミックス体２の温度が下がりやすい事が分った。そして、加熱した板状セラミックス体２の熱を効率良く取り除くことができることから、板状セラミックス体２の温度を急激に下げることができるとともに、板状セラミックス体２を抵抗発熱体５で加熱する際に効率良く急速に昇温させることができる。
【００３２】
金属ケース１９の熱容量に対する板状セラミックス体２の熱容量の倍率を変えるには、金属ケース１９の熱容量を変えることで調整することが好ましい。その理由は、窒化珪素や窒化アルミニウム製の大きさが同じ板状セラミックス体２では、炭化珪素より窒化アルミニウムの熱容量が数％から１０％程大きいが、本発明の板状セラミックス体２の外形や厚みは略同じことから板状セラミックス体２の熱容量は大きく変更することができない。しかし、金属ケース１９の金属板厚みや金属ケース１９の深さを調整したり、材質を変えることで金属ケース１９を好適な熱容量に調節できるからである。
【００３３】
また、ウェハ支持部材１の昇温時間や冷却時間を短縮するには前記金属ケース１９の表面積Ｓ（ｃｍ２）と前記金属ケース１９の体積Ｖ（ｃｍ３）との比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であると更に効率良く板状セラミックス体２を加熱したり冷却したりすることができることから好ましいことが判明した。
【００３４】
比率Ｓ／Ｖが５（１／ｃｍ）を下回ると、金属ケース１９の体積Ｖに対する表面積Ｓの比率が小さいことから、金属ケース１９の表面から吸収された熱が金属ケース１９の外に放散される効率が悪く、また、熱が金属ケース１９に残りやすい。板状セラミックス体２を加熱すると放射熱が金属ケース１９に吸収され易くなり板状セラミックス体２を急速に昇温させることが難しくなるからである。
【００３５】
比率Ｓ／Ｖが５０（１／ｃｍ）を越えると、ノズル２４から噴射され板状セラミックス体２に当たり熱を奪った冷却ガスが金属ケース１９により効率良く冷却されず、冷却ガスの熱が金属ケース１９に伝わり金属ケース１９の温度が急激に上昇し、板状セラミックス体２の熱を効率良く冷却できないことから板状セラミックス体２の全体の温度を下げるまでの冷却時間が大きくなる虞があった。
【００３６】
比率Ｓ／Ｖは、好ましくは　１１〜２０（１／ｃｍ）であり、更に好ましくは１３〜１５（１／ｃｍ）であった。
【００３７】
比率Ｓ／Ｖを上記の範囲内となるように調整する具体的な方法について述べる。一般に金属ケース１９の金属板厚みを大きくするとＳ／Ｖは小さくなり、好ましくは金属ケース１９の側壁の厚みは０．５〜３ｍｍ、底板の厚みは１〜５ｍｍである。更に好ましくは側壁の厚みは０．５〜２ｍｍで底板の厚みは１〜３ｍｍである。また、金属ケース１９の外周に凹凸を設け、金属ケース１９の表面を大きくすることで比率Ｓ／Ｖを上記の好適な範囲となるよう調整することができる。
【００３８】
尚、ここで、金属ケース１９とはウェハ支持部材１の外表面を形成する部品の中の、板状セラミックス体２と接続部材１７を除き外表面が金属からなる金属部品を示す。
【００３９】
また、ノズル２４から噴射された冷却ガスは板状セラミックス体２の下面に当たり、板状セラミックス体２の下面に沿って放射状に広がり金属ケース１９や金属ケース１９に取り付けられた部材に衝突し進路を変え金属ケース１９の下面２１の排出孔２３からウェハ支持部材１の外部へ放出される。そして、前記の冷却ガスは板状セラミックス体２の熱を奪い、一部の熱を金属ケース１９に伝え、そして冷却ガスは排出される。そして、金属ケース１９に伝えられた板状セラミックス体２の一部の熱は効率良く金属ケース１９の外側から放散される。ノズル２４から噴射された冷却ガスは、板状セラミックス体の下面に強く衝突することで板状セラミックス体２の熱を効率良く奪うことができる、そして熱せられた冷却ガスは金属ケース１９に熱を伝えながら排出されるのであるが、ノズル２４から噴射される冷却ガスの流速を高め、効率良く排出するには複数取り付けられたノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、１０００〜３２００倍の面積Ｓを備えた排出孔２３を有することが好ましい。
【００４０】
ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、Ｓ２の面積が１０００倍以下では排出孔２３が小さいことからノズル２４から噴射する冷却ガスの突出量が減少し板状セラミックス体２を冷却する効率が小さくなり好ましくない。
【００４１】
また、ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、Ｓ２の面積が３２００倍を越えると、板状セラミックス体２により加熱された冷却ガスの熱が金属ケース１９に伝わる量が減少し、板状セラミックス体２を冷却する効果が小さくなる。
【００４２】
従って、ノズル２４の開口部２４ａの総面積Ｓ１に対して、１０００〜３２００倍の面積Ｓ２を備えた排出孔２３であると効率良く板状セラミックス体２に冷却ガスを当て、板状セラミックス体２と金属ケース１９とで囲む空間に冷却ガスを循環させて排出孔２３から排出できる。好ましくはＳ２はＳ１の１５００〜２５００倍である。更に好ましくは１７００〜２３００倍である。
【００４３】
更に、上記のように冷却ガスを流すと、金属ケース１９と板状セラミックス体２の囲む空間と、その外部空間との圧力差Ｐは５０〜１３ｋＰａとすることができることから優れた冷却特性が得られる。
【００４４】
圧力差Ｐが５０Ｐａ以下では冷却ガスの流量が少なく板状セラミックス体２を短時間で冷却することができない。
【００４５】
圧力差Ｐが１３ｋＰａを超えると内部圧力が大きく板状セラミックス体２と金属ケースで囲む空間が押し広がり容積が大きくなり、板状セラミック体と金属ケース１９の位置がずれて板状セラミックス体２に載せたウェハの温度分布が変化する虞があった。
【００４６】
好ましくは、圧力差Ｐは１００Ｐａ〜１ｋＰａであり、更に好ましくは２００Ｐａ〜５００Ｐａであった。
【００４７】
また、本発明の抵抗発熱体５のパターンは図２に示す折り返しパターンからなり、図３に示す抵抗発熱体はこれらの折り返しパターンが渦巻き状となった例を示す。また、これらのパターンを複合したパターンでも良い。
【００４８】
また、本発明のウェハ支持部材１は、板状セラミックス体２の一方の主面に抵抗発熱体５を備えたウェハ支持部材１であって、図２に示すように板状セラミックス体２の外周部に位置する前記抵抗発熱体５は板状セラミックス体２の中心から遠い部位は同心円状をした円弧状パターン５１とこれらと連続して繋がっている連結パターン５２からなることが好ましい。前記抵抗発熱体５に電力を供給する給電部６と、該給電部６を囲む金属ケース１９とからなり、前記板状セラミックス体２の他方の主面にウェハ加熱面を備え、他方の主面に平行な投影面でみて、前記抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが前記板状セラミックス体２の直径ＤＰの９０〜９９％であることが好ましい。
【００４９】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９０％より小さいと、ウェハを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなりウェハＷの温度応答特性が劣る。また、ウェハＷの周辺部の温度を下げないようウェハＷの表面温度を均一に加熱するには、直径ＤはウェハＷの直径の１．０２倍程度が好ましいことから、ウェハＷの大きさに対して板状セラミックス体２の直径ＤＰが大きくなり、均一に加熱できるウェハＷの大きさが板状セラミックス体２の直径ＤＰに比較して小さくなり、ウェハＷを加熱する投入電力に対しウェハＷを加熱する加熱効率が悪くなる。更に、板状セラミックス体２が大きくなることからウェハ製造装置の設置面積が大きくなり、最小の設置面積で最大の生産を行う必要がある半導体製造装置の設置面積に対する稼働率を低下させ好ましくない。
【００５０】
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９９％より大きいと接触部材１７と抵抗発熱体５の外周との間隔が小さく抵抗発熱体５の外周部から熱が接触部材１７に不均一に流れ、特に、外周部の外接円Ｃに接する円弧状パターン５１が存在しない部分からも熱が流れ、外周部の円弧状パターン５１が板状セラミックス体２の中心部へ曲がっていることから抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃに沿って円弧状パターン５１が欠落する部分Ｐの温度が低下しウェハＷの面内温度差を大きくする虞がある。より好ましくは、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９２〜９７％である。
【００５１】
また、図１に示す様に板状セラミックス体２と金属ケース１９の外形が略同等で板状セラミックス体２を下から金属ケース１９が支える場合、ウェハＷの面内の温度差を小さくするには、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９２〜９５％であり、更に好ましくは９３〜９５％である。
【００５２】
一方、図４に示す様な板状セラミックス体２の外周面を覆うように金属ケースが接続した場合には、抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９５〜９８％が好ましく、更に好ましくは９６〜９７％である。
【００５３】
また、板状セラミックス体２は、有底の金属ケース１９開口部の外周にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、有底の金属ケース１９側より弾性体１８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、板状セラミックス体２の温度が変動した場合に有底の金属ケース１９が変形しても、上記弾性体１８によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス体２の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状セラミックス体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。
【００５４】
リング状の接触部材１７の断面は多角形や円形の何れでも良いが、板状セラミックス体２と接触部材１７が平面で接触する場合において、板状セラミックス体２と接触部材１７の接する接触部の巾は０．１ｍｍ〜１３ｍｍであれば、板状セラミックス体２の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れ量を小さくすることができる。そして、ウェハＷの面内の温度差が小さくウェハＷを均一に加熱することができる。更に好ましくは０．１〜８ｍｍである。接触部材１７の接触部の巾が０．１ｍｍ以下では、板状セラミックス体２と接触固定した際に接触部が変形し、接触部材が破損する虞がある。また、接触部材１７の接触部の巾が１３ｍｍを越える場合には、板状セラミックス体２の熱が接触部材に流れ、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷを均一に加熱することが難しくなる。好ましくは接触部材１７と板状セラミックス体２の接触部の巾は０．１ｍｍ〜８ｍｍであり、更に好ましくは０．１〜２ｍｍである。
【００５５】
また、接触部材１７の熱伝導率は板状セラミックス体２の熱伝導率より小さいことが好ましい。接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より小さければ板状セラミックス体２に載せたウェハＷ面内の温度分布を均一に加熱することができると共に、板状セラミックス体２の温度を上げたり下げたりする際に、接触部材１７との熱の伝達量が小さく有底の金属ケース１９との熱的干渉が少なく、迅速に温度を変更することが容易となる。
【００５６】
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率の１０％より小さいウェハ支持部材１では、板状セラミックス体２の熱が有底の金属ケース１９に流れ難く、板状セラミックス体２から有底の金属ケース１９に熱が、雰囲気ガス（ここでは空気）による伝熱や輻射伝熱により流れる熱が多くなり逆に効果が小さい。
【００５７】
接触部材１７の熱伝導率が板状セラミックス体２の熱伝導率より大きい場合には、板状セラミックス体２の周辺部の熱が接触部材１７を介して有底の金属ケース１９に流れ、有底の金属ケース１９を加熱すると共に、板状セラミックス体２の周辺部の温度が低下しウェハＷ面内の温度差が大きくなり好ましくない。また、有底の金属ケース１９が加熱されることからガス噴射用のノズル２４からエアを噴射し板状セラミックス体２を冷却しようとしても有底の金属ケース１９の温度が高いことから冷却する時間が大きくなったり、一定温度に加熱する際に一定温度になるまでの時間が大きくなる虞があった。
【００５８】
一方、前記接触部材１７を構成する材料としては、小さな接触部を保持するために、接触部材のヤング率は１ＧＰａ以上が好ましく、更に好ましくは１０ＧＰａ以上である。このようなヤング率とすることで、接触部の巾が０．１ｍｍ〜８ｍｍと小さく、板状セラミックス体２を有底の金属ケース１９に接触部材１７を介してボルト１６で固定しても、接触部材１７が変形することが無く、板状セラミックス体２が位置ズレしたり平行度が変化したりすることなく、精度良く保持することができる。
【００５９】
尚、特開２００１−３１３２４９号公報に記載のような、フッ素系樹脂やガラス繊維を添加した樹脂からなる接触部材では得られない精度を達成することができる。
【００６０】
前記接触部材１７の材質としては鉄とカーボンからなる炭素鋼やニッケル、マンガン、クロムを加えた特殊鋼等の金属がヤング率が大きく好ましい。また、熱伝導率の小さな材料としては、ステンレス鋼やＦｅ―Ｎｉ−Ｃｏ系合金の所謂コバールが好ましく、板状セラミックス体２の熱伝導率より小さくなるように接触部材１７の材料を選択することが好ましい。
【００６１】
更に、接触部材１７と板状セラミックス体２との接触部を小さく、且つ接触部が小さくても接触部が欠損しパーティクルを発生する虞が小さく安定な接触部を保持できるために、板状セラミックス体２に垂直な面で切断した接触部材１７の断面は多角形より円形が好ましく、断面の直径１ｍｍ以下の円形のワイヤを接触部材１７として使用すると板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９の位置が変化することなくウェハＷの表面温度を均一にしかも迅速に昇降温することが可能である。
【００６２】
更に詳細な構成について説明する。
【００６３】
本発明に係るウェハ支持部材は、板厚ｔが１〜７ｍｍ、１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体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、他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、この抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を備えたものである。
【００６４】
１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状セラミック体２の材質としては、アルミナ、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムを用いることができ、この中でも特に窒化アルミニウムは５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、さらには１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の高い熱伝導率を有するとともに、フッ素系や塩素系等の腐食性ガスに対する耐蝕性や耐プレズマ性にも優れることから、板状セラミック体２の材質として好適である。
【００６５】
板状セラミックス体２の厚みは、２〜５ｍｍとすると更に好ましい。板状セラミックス体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状セラミックス体２の強度がなくなり抵抗発熱体５の発熱による加熱時、ガス噴射用のノズル２４らの冷却エアーを吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、板状セラミックス体２にクラックが発生する虞があるからである。また、板状セラミックス体２の厚みが５ｍｍを越えると、板状セラミックス体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る虞がある。
【００６６】
次に、有底の金属ケース１９は側壁部２２と底面２１を有し、板状セラミックス体２はその有底の金属ケース１９の開口部を覆うように設置してある。また、有底の金属ケース１９には冷却ガスを排出するための孔２３が施されており、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に導通するための給電端子１１，板状セラミックス体２を冷却するためのガス噴射用のノズル２４、板状セラミックス体２の温度を測定するための熱電対２７を設置してある。
【００６７】
なお、有底の金属ケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状セラミックス体２から１０〜５０ｍｍの距離に設置することが望ましい。更に好ましくは２０〜３０ｍｍである。これは、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９相互の輻射熱により載置面３の均熱化が容易となると同時に、外部との断熱効果があるので、載置面３の温度が一定で均一な温度となるまでの時間が短くなるためである。
【００６８】
そして、有底の金属ケース１９内に昇降自在に設置されたリフトピン２５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。
【００６９】
また、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２５にて支持したあと、リフトピン２５を降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
【００７０】
次に、ウェハ支持部材１をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状セラミックス体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。
【００７１】
なお、板状セラミックス体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。
【００７２】
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、半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、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として機能しなくなる。その為、絶縁層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。
【００７３】
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。
【００７４】
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焼結体で形成する場合は、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１８００〜２１００℃で焼成することにより得られる。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を形成することもある。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。
【００７５】
この絶縁層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クラックや剥離等の欠陥が生じ易いからである。
【００７６】
なお、ガラスからなる絶縁層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、ガラスペーストを６００℃以上の温度で焼き付けすれば良い。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窒化アルミニウム質焼結体からなる板状セラミックス体２を８５０〜１３００℃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、ガラスからなる絶縁層との密着性を高めることができる。
【００７７】
本発明の抵抗発熱体５のパターン形状は、図２や図３に示すような複数のブロックに分割され、個々のブロックが円弧状のパターンと直線状のパターンとからなる渦巻き状やジグザクな折り返し形状をしたもので、本願発明のウェハ支持部材１はウェハＷを均一に加熱することが重要であることから、これらのパターン形状は帯状の抵抗発熱体５の各部の密度が均一なことが好ましい。ただし、図６に示すような、板状セラミック体２２の中心から放射方向に見て、抵抗発熱体２５の間隔が密な部分と粗な部分が交互に現れる抵抗発熱体パターンでは、粗な部分に対応するウェハＷの表面温度は小さく、密な部分に対応するウェハＷの温度は大きくなり、ウェハＷの表面の全面を均一に加熱することはできないことから好ましくない。
【００７８】
また、抵抗発熱体５を複数のブロックに分割する場合、それぞれのブロックの温度を独立に制御することにより、載置面３上のウェハＷを均一に加熱することが好ましい。
【００７９】
抵抗発熱体５は、導電性の金属粒子にガラスフリットや金属酸化物を含む電極ペーストを印刷法で板状セラミック体２に印刷、焼き付けしたもので、金属粒子としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なくとも一種の金属を用いることが好ましく、またガラスフリットとしては、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｎを含む酸化物からなり、板状セラミック体２の熱膨張係数より小さな４．５×１０−６／℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましく、さらに金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いることが好ましい。
【００８０】
ここで、抵抗発熱体５を形成する金属粒子として、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈの少なくとも一種の金属を用いるのは、電気抵抗が小さいからである。
【００８１】
抵抗発熱体５を形成するガラスフリットとして、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｎを含む酸化物からなり、抵抗発熱体５を構成する金属粒子の熱膨張係数が板状セラミック体２の熱膨張係数より大きいことから、抵抗発熱体５の熱膨張係数を板状セラミック体２の熱膨張係数に近づけるには、板状セラミック体２の熱膨張係数より小さな４．５×１０−６／℃以下の低膨張ガラスを用いることが好ましいからである。
【００８２】
また、抵抗発熱体５を形成する金属酸化物としては、酸化珪素、酸化ホウ素、アルミナ、チタニアから選ばれた少なくとも一種を用いるのは、抵抗発熱体５の中の金属粒子と密着性が優れ、しかも熱膨張係数が板状セラミック体２の熱膨張係数と近く、板状セラミック体２との密着性も優れるからである。
【００８３】
ただし、抵抗発熱体５に対し、金属酸化物の含有量が８０％を超えると、板状セラミック体２との密着力は増すものの、抵抗発熱体５の抵抗値が大きくなり好ましくない。その為、金属酸化物の含有量は６０％以下とすることが良い。
【００８４】
そして、導電性の金属粒子とガラスフリットや金属酸化物からなる抵抗発熱体５は、板状セラミック体２との熱膨張差が３．０×１０−６／℃以下であるものを用いることが好ましい。
【００８５】
即ち、抵抗発熱体５と板状セラミック体２との熱膨張差を０．１×１０−６／℃とすることは製造上難しく、逆に抵抗発熱体５と板状セラミック体２との熱膨張差が３．０×１０−６／℃を超えると、抵抗発熱体５を発熱させた時、板状セラミック体２との間に作用する熱応力によって、載置面３側が凹状に反る恐れがあるからである。
【００８６】
さらに、絶縁層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。
【００８７】
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。
【００８８】
更に、抵抗発熱体５への給電方法については、有底の金属ケース１９に設置した給電端子１１を板状セラミックス体２の表面に形成した給電部６にバネ（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、２〜５ｍｍの厚みの板状セラミックス体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、給電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、板状セラミックス体２とその有底の金属ケース１９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、給電端子１１の給電部６側の径は、１．５〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００８９】
また、板状セラミックス体２の温度は、板状セラミックス体２にその先端が埋め込まれた熱電対２７により測定する。熱電対２７としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径０．８ｍｍ以下のシース型の熱電対２７を使用することが好ましい。この熱電対２７の先端部は、板状セラミックス体２に孔が形成され、この中に設置された固定部材により孔の内壁面に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。
【００９０】
なお、板状セラミック体２の一方の主面には、図４に示すように、複数の支持ピン８を設け、板状セラミック体２の一方の主面より一定の距離をおいてウェハＷを保持するようにしても構わない。
【００９１】
また、図１では板状セラミック体２の他方の主面３に抵抗発熱体５のみを備えたウェハ支持部材１について示したが、本発明は、主面３と抵抗発熱体５との間に静電吸着用やプラズマ発生用としての電極を埋設したものであっても良いことは言うまでもない。
【００９２】
【実施例】
（実施例　１）
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．０質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
【００９３】
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
【００９４】
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚製作した。
【００９５】
そして、得られた窒化アルミニムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
【００９６】
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間焼成して板状セラミックス体を製作した。
【００９７】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３１５ｍｍ〜３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【００９８】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体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体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。
【００９９】
抵抗発熱体ゾーン４の配置は、中心部に直径１０８ｍｍの円形の１つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側に外形２３３ｍｍの円環を同等の２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、その外側に外径３１０ｍｍの円環を４つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計７個の抵抗発熱体ゾーン構成とした。そして、最外周の４つの抵抗発熱体ゾーンの外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとした試料を作製した。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状セラミックス体２を製作した。
【０１００】
また、有底の金属ケースはＡｌ、Ａｌ合金、銅、鋼、ステンレスからなり、ケースの底面の厚みと側壁部を構成する厚みを変えた金属ケースを作製した。そして金属ケースの底面に、ガス噴射用のノズル、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２０〜５０ｍｍとした。
【０１０１】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体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支持部材とした。
【０１０２】
また、板状セラミックス体の周辺部下面を支持する支持構造▲１▼と、板状セラミックス体の外周面を支持する支持構造▲２▼との２つの構造でウェハ支持部材を作製した。尚、支持構造▲１▼では、板状セラミックス体の直径と金属ケースの外形である直径を同じとした。
【０１０３】
尚、接触部材１７の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．１〜１３とした。
【０１０４】
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け２５℃から２００℃まで５分間でウェハＷを昇温し、ウェハＷの温度を２００℃に設定してからウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲となった時のウェハＷの温度を測定しウェハＷ温度の最大値と最小値の差を昇温時の温度差とした。また、３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、ノズルより冷却ガスを噴射しウェハＷの平均温度が８０℃となるまでの時間を測定し冷却時間として測定した。
【０１０５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【０１０６】
【表１】
2004079653.tif 000003
【０１０７】
本願発明のウェハ支持部材１の金属ケースの熱容量が、板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３倍である試料Ｎｏ．１、３〜７、９〜１３は昇温時の温度差が１．５℃以下と小さく、且つ冷却時間は３００秒以下と優れた特性を示すことが分った。
【０１０８】
これに対し、金属ケースの熱容量が板状セラミックス体の熱容量の０．２倍である試料Ｎｏ．２は冷却時間は２６１秒と小さいものの昇温時の温度差は２．１℃と大きかった。
【０１０９】
また、金属ケースの熱容量が板状セラミックス体の熱容量の３．４倍である試料Ｎｏ．８は冷却時間４５８秒と非常に大きく、昇温時の温度差も２．５℃と大きかった。
【０１１０】
従って、ウェハ支持部材１の金属ケースの熱容量が、板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３倍であると優れた特性を示すことが分った。
【０１１１】
（実施例　２）
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製し、アルミニウムとステンレスを使って金属ケースを作製し、金属ケースの厚みを変えて金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖを変えてウェハ支持部材を作製した。
【０１１２】
そして、実施例１と同様に評価した。
その結果を表２に示す。
【０１１３】
【表２】
2004079653.tif 000004
【０１１４】
金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．２１〜２３、２６〜２９は昇温時の温度差が１．５℃以下であり、更に冷却時間が２８０秒以下と小さく好ましかった。
【０１１５】
従って、金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）であることが好ましいことが分った。
【０１１６】
また、金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが１０〜２０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．２１〜２２、２６〜２８は昇温時の温度差が１．３℃以下であり、更に冷却時間が２６８秒以下と小さく好ましかった。
【０１１７】
更に、金属ケースの表面積Ｓと金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが１３〜２０（１／ｃｍ）である試料Ｎｏ．２７、２８は昇温時の温度差が０．９℃以下であり、更に冷却時間が２５９秒以下と小さく好ましかった。
【０１１８】
（実施例　３）
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製した。そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３１５ｍｍ〜３４５ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【０１１９】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体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体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のパターン配置は、中心部から放射状に円と円環状に分割し、中心部に円形の１つにパターンを形成し、その外側の円環状の部分に２つにパターンを形成し、その外側の円環状の部分に４つのパターンを備えた計７個のパターン構成とした。そして、最外周の４つのパターンの外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとして、板状セラミックスの直径を変えることで、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の直径の比率を変化させた。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させることにより、板状セラミックス体２を製作した。
【０１２０】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍとし、側壁部を構成する金属ケースの厚みは１．０ｍｍとして、底面に、ガス噴射用のノズル、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２０ｍｍとした。
【０１２１】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体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支持部材とした。
【０１２２】
また、板状セラミックス体の周辺部下面を支持する支持構造▲１▼と、板状セラミックス体の外周面を支持する支持構造▲２▼との２つの構造でウェハ支持部材を作製した。尚、支持構造▲１▼では、板状セラミックス体の直径と金属ケースの外形である直径を同じとした。
【０１２３】
尚、接触部材１７の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．３１〜３９とした。
【０１２４】
作製したウェハ支持部材は実施例１と同様に評価した。それぞれの結果は表３に示す通りである。
【０１２５】
【表３】
2004079653.tif 000005
【０１２６】
表３の試料Ｎｏ．３１は、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が８５％と小さくウェハの昇温時の温度差は１．５℃とやや大きく、冷却時間も２６７秒とやや大きかった。
【０１２７】
また、試料Ｎｏ．３９は、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９９．５％と大きくウェハの昇温時の温度差は１．４２℃とやや大きく、冷却時間も２８６秒とやや大きかった。
【０１２８】
これらに対し、試料Ｎｏ．３２〜３８は板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９０〜９９％であり昇温時の温度差は０．９℃以下と小さく、しかも冷却時間は２６５秒以下と小さく優れた特性を示した。
【０１２９】
従って、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率は、９０〜９９％が優れたウェハ支持部材であることが分る。
【０１３０】
更に、板状セラミックス体の外周部下面で金属ケースと接触部材を介して接続した支持構造▲１▼では、試料Ｎｏ．３４〜３５に示すように板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９２〜９５％で、ウェハの昇温時の温度差が０．７５℃以下で且つ冷却時間が２５９秒以下とより優れていた。
【０１３１】
また、板状セラミックス体の外周部側面で金属ケースと接触部材を介して接続した支持構造▲２▼では、試料Ｎｏ．３６，３７は昇温時の温度差が０．６９℃以下で冷却時間も２５１秒以下と更に小さいことから、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体の外接円の比率が９６％〜９７％であると更に好ましいことが分る。
【０１３２】
（実施例　４）
実施例１と同様の工程で板状セラミックス体を作製した。
【０１３３】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、外径３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【０１３４】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体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体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は直径方向に３分割しパターン配置は、中心部から１パターン、２パターン、４パターンの計７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、板状セラミックス体２を製作した。
【０１３５】
また、有底の金属ケース１９は、直径３３０ｍｍで底面２１を構成する厚み２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部２２を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面２１に、ガス噴射口１２、熱電対１３、導通端子１１を所定の位置に取り付けた。また、底面２１から板状セラミックス体２までの距離は２０ｍｍとした。その後、前記有底の金属ケース１９の開口部に、板状セラミックス体２を重ね、その外周部にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２と有底の金属ケース１９が直接当たらないように、リング状の接触部材１７を介在させ、接触部材１７側より弾性体１８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することによりウェハ支持部材１とした。接触部材１７の断面は台形状で、板状セラミックス体の周辺部を支持するリング状とした。台形状の断面の大きさは、下辺が４ｍｍで高さ２ｍｍとし上辺は０．０５〜４ｍｍと、下辺が１５ｍｍで高さ２ｍｍで上辺を５〜１５ｍｍとした接触部材をそれぞれのウェハ支持部材に取り付けた。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．５１〜５７とした。
【０１３６】
そして、実施例１と同様に評価した。それぞれの結果は表１に示す通りである。
【０１３７】
【表４】
2004079653.tif 000006
【０１３８】
表４から判るように、試料Ｎｏ．５１は、接触部材と板状セラミックス体との接触部の巾が０．０５ｍｍと小さく応答時間やウェハの温度差は小さかったが、使用中に接触部材のエッジからと思われるパーティクルが発生し使用できなかった。また、試料Ｎｏ．５７は接触部材の接触部の巾が１５ｍｍと大きくウェハの温度差が１．５℃と大きく、ウェハを均一に加熱するウェハ支持部材の基本的な機能を有していなかった。
【０１３９】
これらに対し、試料Ｎｏ．５２〜５６は接触部材と板状セラミックス体との接触部の巾が０．１〜１３ｍｍの範囲にあり、ウェハの温度差は０．８３℃以下であり、冷却時間も６０秒以下と小さく好ましい特性を示した。
【０１４０】
従って、接触部材を板状セラミックス体に垂直な面で切断した断面において、板状セラミックス体と接触する接触部の巾は０．１〜１３ｍｍであることが好ましいことが判明した。更に板状セラミックス体と接触する接触部の巾は０．１〜８ｍｍであると昇温時の温度差が１．０℃以下と好ましい。更に０．１〜２ｍｍであると昇温時の温度差が０．７℃以下と更に好ましい。
【０１４１】
【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の一方の主面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たウェハ支持部材であって、前記抵抗発熱体に電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースと、該金属ケースに前記板状セラミックス体を冷却するノズルとを備え、前記金属ケースの熱容量が、前期板状セラミックス体の熱容量の０．５〜３．０倍とすることにより冷却時間の短く、昇温時の温度差の小さなウェハ支持部材を提供できる。
【０１４２】
また、前記金属ケースの表面積Ｓと前記金属ケースの体積Ｖとの比率Ｓ／Ｖが５〜５０（１／ｃｍ）とすることで更に短い冷却時間が得られる。
【０１４３】
また、前記板状セラミックス体の外周部に位置する前記抵抗発熱体は同心円状の円弧状パターンを有し、前記抵抗発熱体の外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％とすると更に好ましい。
【０１４４】
また、前記ウェハ支持部材において、前記板状セラミック体の周辺部をリング状に支持して前記金属ケースと接続する接触部材とを備えることにより優れた冷却特性とウェハの温度均一性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置における抵抗発熱体の平面形状を示す概略図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置における抵抗発熱体の平面形状を示す概略図である。
【図４】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５】従来のウェハ加熱装置を示す断面図である。
【図６】従来のウェハ加熱装置における抵抗発熱体の平面形状を示す概略図である。
【符号の説明】
１、７１：ウェハ支持部材
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１１、７７：給電端子
１２：ガイド部材
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
１９、７９：金属ケース
２０：ナット
２１：底面
２３：孔
２４：ガス噴射用のノズル
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
Ｗ：半導体ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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