(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミック体の上面をウェハを載せる載置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静電吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セラミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上記ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト機構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は上記導電性プレートの上面にはガス溝を備えるとともに、上記導電性プレートには上記ガス溝と連通するガス導入孔を備え、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを加熱する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートより切り離し、かつ上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを冷却する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートに当接させた状態で上記静電吸着用電極に通電して導電性プレートとの間に静電吸着力を発現させ、上記ウェハステージと上記導電性プレートとを強制的に吸着固定させるとともに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガスを供給するようにしたことを特徴とするウェハ支持部材。
【請求項２】
上記リフト機構によって上記板状セラミック体と導電性プレートとを切り離した時の平均距離を０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持部材。
【請求項３】
上記板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料からなり、上記板状セラミック体の板厚が１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェハ支持部材。
【請求項４】
上記板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料からなり、上記板状セラミック体の板厚が１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウェハ支持部材。
【請求項５】
上記板状セラミック体中にヒータ用電極を埋設してあることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のウェハ支持部材。
【請求項６】
上記板状セラミック体中の載置面近傍に、ウェハを静電吸着力により載置面に吸着固定させるための第二の静電吸着用電極を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５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、半導体装置や液晶装置の製造工程において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハを保持した状態で加熱、冷却するのに使用するウェハ支持部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶装置等の電子機器を製造する場合、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハ上に絶縁膜や金属膜等の薄膜を形成する工程やそれらをエッチングしてパターニングする工程が繰り返し行われており、これらの工程中、ウェハを保持するためにウェハ支持部材が用いられている。また、成膜やエッチング等の工程では、加工中のウェハ温度が加工速度や加工精度に大きな影響を及ぼし、また、ウェハの加熱や冷却に要する時間がプロセス時間の大きな割合を占めることから、ウェハ温度を正確に素早く制御し、加熱、冷却時間を短時間で行うことが要求されている。
【０００３】
従来、ウェハを保持するウェハ支持部材としては、図５に示すように、板状セラミック体４３の上面をウェハＷを載せる載置面４４としたウェハステージ４２と、冷却水等を流す通路４６を備えた金属製の導電性プレート４５とからなり、上記ウェハステージ４２の載置面４４と反対側の表面に導電性プレート４５を金属ボンディング等の技術により接合したものが使用されていた。
【０００４】
そして、このウェハ支持部材４１を用いてウェハＷに加工を施すには、ウェハＷを載置面４４に載せた状態で載置面４４の上方に配置されたランプ（不図示）を点灯させることにより、ウェハＷ及びウェハステージ４２を所定の加工温度に間接的に加熱し、ウェハＷに成膜処理やエッチング処理を施した後、ランプ（不図示）の点灯を止めるとともに、導電性プレート４５の通路４６に冷却水を流してウェハＷを室温付近にまで冷却することにより加工したウェハＷを取り出すようになっていた。
【０００５】
また、上述したようなランプ加熱では、ウェハＷを所定の温度に昇温するのに時間を要することから、この昇温時間を短縮するため、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４２中にヒータ用電極を埋設し、このヒータ用電極に通電してウェハステージ４２を発熱させることにより載置面４４に載せたウェハＷを直接加熱するようにしたものや、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４３中の載置面４４近傍に静電吸着用電極を埋設し、この静電吸着用電極とウェハＷとの間に電圧を印加して静電吸着力を発現させることによりウェハＷを載置面４４に強制的に吸着させ、ウェハＷの温度分布がより均一になるようにしたものも提案されている。
【０００６】
ところが、ウェハステージ４２と導電性プレート４５とを金属ボンディング等にて接合したウェハ支持部材４１は熱容量が大きいため、ランプ加熱やヒータ用電極による直接加熱に関係なく、ウェハステージ４２を所定の温度に発熱させるのに、ウェハステージ４２のみを発熱させる場合と比較してかなり長い時間を要することから、結果としてウェハＷを所定の温度に加熱するまでの昇温時間が長くなり、スループットを向上させることができないといった課題があった。
【０００７】
そこで、特開平１１−１１１８２９号公報では、図６に示すように、ウェハステージ４２にヒータ用電極４７を備えた構造において、ウェハステージ４２と導電性プレート４５とを接合せずに単に当接させた構造とし、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４３中の下面側近傍に静電吸着用電極４８を設け、ウェハステージ４２の載置面４４に載せたウェハＷを加熱する時には、ヒータ用電極４７に通電してウェハステージ４２を発熱させ、ウェハＷを所定の温度に加熱し、ウェハステージ４２の載置面４４に載せたウェハＷを冷却する時には、静電吸着用電極４８に通電して導電性プレート４５との間に静電吸着力を発現させ、上記ウェハステージ４２と導電性プレート４５とを強制的に吸着固定させることにより両者の熱伝達効率を高めて急冷するようにしたウェハ支持部材５１が提案されている。
【０００８】
このウェハ支持部材５１によれば、ウェハＷの加熱時にウェハステージ４２が導電性プレート４５と密着していないため、ウェハステージ４２を加熱させた時に導電性プレート４５へ逃げる熱量を抑えて昇温速度を向上させることができることから、一つのウェハＷに加工を施すのに要するトータル時間を短縮することができるといった利点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すウェハ支持部材５１においても、冷却速度は高めることができず、５０℃/分以上の冷却速度を得ることはできなかった。
【００１０】
また、ウェハＷの加熱時にはウェハステージ４２と導電性プレート４５との間に静電吸着力を働かせていないものの、ウェハステージ４２を導電性プレート４５上に載せた構造であることから、その接触部をミクロ的に見ると部分的に接触しており、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４５に伝達されるため、ウェハＷを所定の温度に加熱するのに要する昇温時間をさらに短縮することができなかった。
【００１１】
しかも、加熱、冷却を繰り返すと、ウェハステージ４２の下面には電荷が帯電し、ヒータ用電極４７への通電を止めてもウェハステージ４２と導電性プレート４５との間には残留吸着力と呼ばれる静電気力が発生し、ウェハステージ４２と導電性プレート４５との接触面積が増えるため、ウェハＷの加熱時には、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４６へ流れ易くなり、ウェハＷを所定の温度に加熱するまでの昇温時間が長くなるといった不都合もあった。
【００１２】
また、ウェハ一枚当たりの生産性を高めるため、ランプ出力やヒータ用電極４７への出力を高めてウェハ支持部材５１をさらに急速昇温すると、ウェハステージ４２の熱容量が大きいことから、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４３に作用する熱応力が大きくなり過ぎ、ウェハステージ４２が破損するといった恐れもあった。
【００１３】
【発明の目的】
本発明はこのような課題に鑑み発明されたものであり、その第一の目的は、ランプ加熱及びヒータ用電極による直接加熱において、ウェハを所定の加工温度まで加熱するのに要する昇温時間及び加工温度から室温付近にまで冷却するのに要する冷却時間を効果的に短縮することが可能なウェハ支持部材を提供することにある。
【００１４】
また、第二の目的は、５０℃／分以上の急冷させても破損することのないウェハ支持部材を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のウェハ支持部材は、板状セラミック体の上面をウェハを載せる載置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静電吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セラミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上記ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト機構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は上記導電性プレートの上面にガス溝を形成するとともに、上記導電性プレートに上記ガス溝と連通するガス導入孔を設け、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを加熱する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートより切り離し、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを冷却する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートに当接させ、この状態で上記静電吸着用電極に通電して導電性プレートとの間に静電吸着力を発現させて上記ウェハステージと導電性プレートとを強制的に吸着固定させるとともに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガスを供給するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
なお、リフト機構によってウェハステージと導電性プレートとを切り離した時の平均距離は０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとすることが好ましく、また、ウェハステージを形成する板状セラミック体を熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料により形成する場合、板状セラミック体の板厚は１〜５ｍｍとすること好ましく、また、板状セラミック体を熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料により形成する場合、板状セラミック体の板厚は１〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明のウェハ支持部材は、ウェハステージを形成する板状セラミック体中に直接加熱を行うためのヒータ用電極及び／又はウェハを静電吸着力により載置面に吸着固定するための第二の静電吸着用電極を埋設しても良い。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【００２０】
このウェハ支持部材１は、板状セラミック体３の上面をウェハＷを載せる載置面４とするとともに、板状セラミック体３中の下面側近傍に静電吸着用電極５を埋設したウェハステージ２と、ウェハステージ２の下面側に配置され、冷却水を流す通路９を備えた導電性プレート８と、上記ウェハステージ２を導電性プレート８から切り離すためのリフト機構１２とからなる。
【００２１】
ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３は円盤状をなし、その外径はウェハＷとほぼ同じ大きさとするとともに、板厚は１ｍｍ〜１０ｍｍの間で形成してある。また、板状セラミック体３中に埋設する静電吸着用電極５は円板状をした一枚の導体層からなり、板状セラミック体３の外径より若干小さな外径を有している。さらに、板状セラミック体３の下面６にはガス溝７を形成してあり、Ｈｅ等の不活性ガスを流すようになっている。ガス溝７のパターン形状としては、板状セラミック体３を一様に冷却することができるパターンであれば良く、例えば図２に示すような、同心円状に配置された複数個の環状溝７ａと、これらの環状溝７ａと連通し、かつ中心から外周に向かって延びる複数個の放射状溝７ｂとからなるパターン形状を採用することができる。なお、図２に示すパターン形状に限定されるものではなく、上述したように板状セラミック体３を一様に冷却することができるパターンであれば良い。
【００２２】
板状セラミック体３の材質としては、アルミナ質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体等を用いることができるが、ウェハＷを均一に加熱する観点からできるだけ熱伝導率の高いものが良く、また、急速昇温及び急速冷却を繰り返すと大きな熱応力が作用することから耐熱衝撃性ができるだけ高いものが良い。具体的には熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、更に好ましくは１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を有するとともに、ＪＩＳ  Ｒ  １６１５による熱衝撃温度差ΔＴが１５０℃以上、好ましくは２００℃以上、更に好ましくは２５０℃以上を有するものが良く、このような材質としては窒化アルミニウム質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体を用いることができる。
【００２３】
なお、このようなウェハステージ２を製作するには、複数枚のグリーンシートを積み重ね、その間に静電吸着用電極５となる導体ペースト、金属箔、金網、パンチングメタルのいずれか一つを挟み込んで積層したものを焼成し板状セラミック体３を製作するか、あるいはプレス成形によりセラミック成形体を製作し、その上に静電吸着用電極５となる導体ペースト、金属箔、金網、パンチングメタルのいずれか一つを載せたあと、セラミック粉末で多いホットプレス成形法により板状セラミック体３を製作した後、板状セラミック体３の上面に研磨加工を施して載置面４を形成するとともに、下面６にも研磨加工を施したあと、エッチング加工やブラス加工にてガス溝７を刻設することにより得ることができる。
【００２４】
また、ウェハステージ２の下面６には四つのリフト機構１２の軸１３がそれぞれ等間隔に接合してあり、各リフト機構１２の駆動源１４によって軸１３を上下動させることにより、ウェハステージ２を傾かせることなく平行に上下動させることができるようになっている。
【００２５】
一方、導電性プレート８は、アルミニウム、ステンレス鋼、超鋼合金等の金属材料、導電性セラミックス、サーメット材、あるいは金属とセラミックスの複合材料等よりなり、その上面は平坦に仕上げられ、ウェハステージ２が当接した時にはできるだけ接触面積を増やすことができるようになっている。また、導電性プレート８の周縁部には各リフト機構１２の軸１３がそれぞれ挿通される四つのピン穴１１を有するとともに、導電性プレート８の中心部にはウェハステージ２のガス溝７に不活性ガスを導くためのガス導入孔１０を形成してある。なお、１６はウェハステージ２の静電吸着用電極５に通電するためのリード線１５を取り出すためのリード取出孔である。
【００２６】
次に、このウェハ支持部材１を用いてウェハＷに加工を施す時の動きについて説明する。
【００２７】
まず、図１（ａ）に示すように、ウェハステージ２の載置面４にウェハＷを載せた後、リフト機構１２の軸１３を上昇させてウェハステージ２を持ち上げて導電性プレート８より切り離す。この状態で載置面４の上方に配置する不図示のランプを点灯させ、ウェハＷ及びウェハステージ２を所定の温度にまで間接的に加熱する。この時、ウェハステージ２は導電性プレート８から完全に切り離され接触していないため、ウェハステージ２やウェハＷに与えられた熱が導電性プレート８に逃げることがないため、ウェハＷ及びウェハステージ２を所定の加工温度にまで加熱するのに要する昇温時間を大幅に短縮することができる。
【００２８】
次に、ウェハＷの温度を所定の加工温度に維持した状態で、成膜用ガスやエッチング用ガスを供給してウェハＷに成膜加工やエッチング加工を施した後、ウェハＷを取り出すために冷却するのであるが、この時、ランプの点灯を止めるとともに、図１（ｂ）に示すように、各リフト機構１２の軸１３を降下させてウェハステージ２を導電性プレート８に当接させ、次いで、ウェハステージ２の静電吸着用電極５と導電性プレート８との間に電圧を印加して両者間に静電吸着力を発現させて両者を密着させるとともに、導電性プレート８のガス導入孔１０を介してウェハステージ２の下面に形成されたガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される空間にＨｅ等の不活性ガスを供給することによりウェハＷの温度を室温付近にまで冷却する。
【００２９】
即ち、ウェハステージ２を導電性プレート８に当接させただけでは、その接触部をミクロ的に見ると部分的に接触しているだけであり、ウェハステージ２の熱を導電性プレート８へ効率良く伝達することができないのであるが、両者間に静電吸着力を発現させ、強制的に吸着させることにより、接触部の接触面積を増大させることができるため、ウェハステージ２と導電性プレート８との間に熱伝達効率を向上させることができる。
【００３０】
ただし、静電吸着力によりウェハステージ２を導電性プレート８に吸着させたとしても接触部全体を完全に接触させることはできない。
【００３１】
その為、導電性プレート８のガス導入孔１０を介してウェハステージ２の下面に形成されたガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される空間に不活性ガスを供給することで、ウェハステージ２と導電性プレート８との間の熱伝達効率を大幅に向上させることができ、ウェハＷを今日要求されている５０℃／分以上の冷却速度でも急冷することができる。
【００３２】
なお、ウェハステージ２の下面に形成されたガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される空間に不活性ガスを供給することによりウェハＷ及びウェハステージ２を急冷することができるが、不活性ガスを供給した直後はウェハステージ２の温度が急激に低下することにより大きな熱衝撃が作用してウェハステージ２が破損する恐れがあるため、ウェハＷへの加工終了後数秒間は自然放冷し、その後、不活性ガスを供給することが好ましい。
【００３３】
このように、本発明のウェハ支持部材１を用いれば、図５や図６に示す従来のウェハ支持部材４１，５１と比較してウェハステージ２の昇温時間及び冷却時間を大幅に短縮することができるため、一つのウェハＷを加工するのに要するトータル時間を極めて短くすることができ、その結果、生産性を向上させることができる。
【００３４】
ただし、ウェハステージ２を加熱するため、リフト機構１２によってウェハステージ２を導電性プレート８より切り離すにあたり、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌが０．１ｍｍ未満であると、機械的精度の問題によりウェハステージ２と導電性プレート８とを完全に切り離すことができず、さらにはウェハステージ２の下面６に帯電する電荷によって残留吸着力が発生し、ウェハステージ２と導電性プレート８との接触領域がさらに増大する恐れがあり、ウェハステージ２と導電性プレート８とを完全に断熱することができず、ウェハＷ及びウェハステージ２の昇温時間を短縮することができない。一方、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌが２０ｍｍを超えると、導電性プレート８からウェハステージ２を所定の高さまで切り離すのに要する時間が長くなり、加工以外での動作が長くなってスループットを十分に小さくすることができない。
【００３５】
その為、リフト機構１２によりウェハステージ２を導電性プレート８より持ち上げるにあたり、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌは０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとすることが好ましく、さらには０．３ｍｍ〜５ｍｍとすることが望ましい。
【００３６】
なお、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌとは、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの距離を任意に数カ所測定し、それらの平均値のことを言う。
【００３７】
また、ウェハステージ２を５０℃／分以上の冷却速度で急冷する場合、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３が窒化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲にあるセラミック材料からなる場合、その板厚Ｔは１ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましく、また、板状セラミック体３がアルミナ質焼結体等の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料からなる場合、その板厚Ｔは１ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００３８】
即ち、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲にあるセラミック材料では板厚Ｔが１０ｍｍを超えると、熱容量が大きくなるために、昇温及び冷却に要する時間が長くなるからであり、また、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料では板厚Ｔが５ｍｍを超えると、ウェハステージ２を５０℃／分以上の速度で急冷した時、板状セラミック体３内に作用する熱応力が大きいために破損し易くなるからであり、逆に板状セラミック体３の板厚Ｔが１ｍｍ未満になると、強度が小さいため各リフト機構１２により上下動させる際に作用する力によって破損する恐れがあるからである。
【００３９】
なお、図１（ａ）（ｂ）では、ウェハステージ２に備える静電吸着用電極５のパターン形状として円板状をしたものを用いたが、一対の半円状を円を構成するように配置したものや、一対の櫛歯状をしたものをかみ合わせて構成するように配置し、双方の電極間に通電して静電吸着力を発現させる双極型として良い。
【００４０】
また、図１（ａ）（ｂ）では、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３の下面６にガス溝７を形成した例を示したが、板状セラミック体３の下面６は平坦面とし、導電性プレート８の上面にガス溝を形成したも良く、さらには板状セラミック体３の下面６及び導電性プレート８の上面にそれぞれガス溝を形成し、両者を当接させた際には双方のガス溝によって不活性ガスが通る通路が形成されるようにしたものでも構わない。
【００４１】
次に、本発明のウェハ支持部材の他の例について説明する。
【００４２】
図３に示すウェハ支持部材２１は、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３中の中央付近にヒータ用電極２２を埋設する以外は図１（ａ）（ｂ）と同様の構造をしたもので、導電性プレート８にはウェハステージ２のヒータ用電極２２におけるリード線１７を取り出すためのリード取出孔１８を形成してある。
【００４３】
このウェハ支持部材２１は、図１（ａ）（ｂ）に示すウェハ支持部材１と同様の動作をするのであるが、ウェハステージ２内にヒータ用電極２２を有することから、ウェハステージ２及びウェハＷを加熱する際、ヒータ用電極２２に通電してウェハステージ２を発熱させ、ウェハＷを直接加熱することができるため、図１（ａ）（ｂ）に示すウェハ支持部材１と比較してウェハＷ及びウェハステージ２の昇温速度をさらに高めることができるため、生産性をさらに向上させることができる。
【００４４】
図４に示すウェハ支持部材３１は、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３中の載置面４近傍に第二の静電吸着用電極３２を埋設する以外は実質的に図３と同様の構造をしたもので、導電性プレート８には、第二の静電吸着用電極３２のリード線１９を取り出すためのリード取出孔２０を形成してある。
【００４５】
このウェハ支持部材３１は図３に示すウェハ支持部材２１と同様の動作をするのであるが、ウェハステージ２の載置面４にウェハＷを載せた後、ウェハＷと第二の静電吸着用電極３２との間に電圧を印加して両者間に静電吸着力を発現させることにより、ウェハＷを載置面４に強制的に吸着固定することができるため、ウェハＷと載置面４との接着面積を増やし、熱伝達効率を向上させることができる。その為、ヒータ用電極２２に通電してウェハステージ２を発熱させれば、ウェハステージ２の熱を直ちにウェハＷへ伝えることができるため、ウェハＷの昇温時間を短くすることができるとともに、ウェハ表面における温度分布をより均一にすることができ、成膜やエッチング等の加工精度を向上させることができる。また、冷却時には、ウェハＷの熱をウェハステージ２に逃がし易いため、ウェハＷの冷却速度を向上させることもでき、生産性をさらに向上させることができる。
【００４６】
また、図６に示す従来のウェハ支持部材５１の場合、昇温時にはウェハステージ４２と導電性プレート４５とは接触しているだけであるが、この状態で第二の静電吸着用電極４８に通電すると、ウェハＷとの間に静電吸着力が発生するだけでなく、導電性プレート４５との間にも静電吸着力が発生し、ウェハステージ４２が導電性プレート４５に吸着されるため、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４５に逃げ、昇温時間が長くなってしまう恐れがあるが、図４に示す本発明のウェハ支持部材３１であれば、リフト機構１２によってウェハステージ２を導電性プレート８と完全に切り離すことができるため、ウェハステージ２の熱が導電性プレート８に逃げるようなことがなく、ウェハステージ２の昇温速度を高めることができる。
【００４７】
なお、図３及び図４に示すウェハ支持部材２１，３１のように、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３に静電吸着用電極５以外にヒータ用電極２２や第二の静電吸着用電極３２を埋設する場合、板状セラミック体３の強度と各電極間の絶縁性を保つため、板厚Ｔは薄くとも３ｍｍ以上とすることが良い。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更した構造にも適用できることは言う迄もない。
【００４９】
【実施例】
（実施例１）
図３に示す本発明のウェハ支持部材２１と図６に示す従来のウェハ支持部材５１を用意してシリコンウェハの加熱速度と冷却速度を比較する実験を行った。
【００５０】
ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３は、外径２００ｍｍ、板厚７ｍｍの円盤状体とし、また、導電性プレート８は、外径２００ｍｍ、厚み３０ｍｍの円盤状体とした。
【００５１】
また、板状セラミック体３は熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム質焼結体により形成し、板状セラミック体３中の下面側近傍には下面より若干小さな外形を有する円板状の静電吸着用電極５を埋設するとともに、板状セラミック体３中の中央付近には帯状の抵抗発熱体からなるヒータ用電極２２を埋設した。
【００５２】
一方、導電性プレート８，４５中には水冷用の通路７，４６を形成し、８リットル／分の冷却水を流すようにした。
【００５３】
また、本発明のウェハ支持部材２１に用いるウェハステージ２の下面６にはガス溝７をブラスト加工によって形成するとともに、導電性プレート８にはガス導入孔１０とリフト機構１２の軸１３が挿通されるピン穴１１を穿孔し、ピン穴１１にはリフト機構１２の軸１３を挿通させてウェハステージ２の下面に接合するようにした。
【００５４】
そして、本発明のウェハ支持部材２１を用いてウェハＷを加熱する場合、ウェハステージ２の載置面４にφ２００ｍｍのシリコンウェハを載せた後、リフト機構１２の軸１３を上昇させてウェハステージ２を導電性プレート８から切り離し、シリコンウェハの表面温度が２０℃となるようにした。
【００５５】
この時、ウェハステージ２の下面から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌは３ｍｍとなるようにした。
【００５６】
次いで、ウェハステージ２に備えるヒータ用電極２２に１．０ｋＷの電力を印加して発熱させ、シリコンウェハが３００℃になるまでの昇温時間を測定した。
【００５７】
その後、３００℃の温度で１分間保持した後、ヒータ用電極２２への通電を止め、通電を止めてから５秒後にリフト機構１２の軸１３を降下させてウェハステージ２を導電性プレート８に接触させ、接触と同時にウェハステージ２に備える静電吸着用電極５と導電性プレート８との間に５００Ｖの電圧を印加して静電吸着力を発現させることにより、ウェハステージ２を導電性プレート８に吸着させるとともに、導電性プレート８のガス導入孔１０から１３００Ｐａの背圧でＨｅガスを流し、シリコンウェハの表面温度が１００℃になるまでの冷却時間を測定した。また、このような熱サイクルを繰り返し、１００回の昇温時間及び冷却時間を測定した。
【００５８】
一方、従来のウェハ支持部材５１を用いてシリコンウェハＷを加熱する場合、ウェハステージ４２の載置面４４にφ２００ｍｍのシリコンウェハＷを載せてシリコンウェハの表面温度が２０℃となるようにした。
【００５９】
次いで、ウェハステージ４２に備えるヒータ用電極４７に１．０ｋＷの電力を印加して発熱させ、シリコンウェハＷが３００℃になるまでの昇温時間を測定した。
【００６０】
その後、３００℃の温度で１分間保持した後、ヒータ用電極４７への通電を止め、通電を止めてから５秒後にウェハステージ４２に備える静電吸着用電極４８と導電性プレート４５との間に５００Ｖの電圧を印加して静電吸着力を発現させることにより、ウェハステージ４２を導電性プレート４５に吸着させ、シリコンウェハＷの表面温度が１００℃になるまでの冷却時間を測定した。また、このような熱サイクルを繰り返し、１００回の昇温時間及び冷却時間を測定した。
【００６１】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００６２】
【表１】
0004698097.tif 000002
【００６３】
表１より判るように、従来のウェハ支持部材５１では、シリコンウェハＷの昇温時にウェハステージ４２が導電性プレート４５と当接していることから、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４５に逃げ易く、シリコンウェハＷを所定の温度に加熱するのに３．５分要した。また、１００回目の昇温時には、ウェハステージ４２の下面に帯電する電荷によって導電性プレート４５との間に静電吸着力が発生し、ウェハステージ４２と導電性プレート４５との接触面積が増えたため、ウェハステージ４２から導電性プレート４５への熱の逃げ量が多くなり、ウェハＷを所定の温度に加熱するのに４．５分を要した。
【００６４】
これに対し、本発明のウェハ支持部材２１は、ウェハＷの昇温時にリフト機構１２によってウェハステージ２を導電性プレート８より完全に切り離して加熱するようにしたことから、ウェハステージ２の熱が導電性プレート８に逃げることを防止することができるため、昇温時間を２分と従来例と比較して昇温時間を短縮することができた。しかも、ウェハステージ２の下面６に電荷が帯電したとしてもウェハステージ２は導電性プレート８と完全に切り離してあることから、１００回目の昇温時間も２分と短く、また昇温時間が長くなるようなこともなく、優れていた。
【００６５】
一方、冷却時間については、従来のウェハ支持部材５１では、ウェハステージ４２を静電吸着力によって導電性プレート４５に吸着させるものの、両者の当接面を完全に密着させることができないため、ウェハステージ４２と導電性プレート４５との間の熱伝達効率がそれほど高くなく、その結果、ウェハＷを１００℃にまで冷却するのに５分を要した。
【００６６】
これに対し、本発明のウェハ支持部材２１は、ウェハステージ２を静電吸着力によって導電性プレート８に吸着させるとともに、ウェハステージ２の下面６に形成したガス溝７と導電性プレート８の上面とで形成される空間にＨｅガスを流すようにしたことから、ウェハステージ２と導電性プレート８との間の熱伝達効率を大幅に向上させることができ、その結果、３．５分と短い時間でウェハＷを１００℃にまで冷却することができ、優れていた。
【００６７】
（実施例２）
次に、実施例１で用いた本発明のウェハ支持部材２１において、板状セラミック体の材質、昇温時における板状セラミック体３の下面から導体プレート８の上面までの平均距離Ｌ、及び板状セラミック体１の板厚Ｔを表２に示すように異ならせ、実施例１と同様の条件にて昇温、冷却させた時の昇温時間と冷却時間を測定するとともに、板状セラミック体３の破損の有無について調べる実験を行った。
【００６８】
結果は表２に示す通りである。
【００６９】
【表２】
0004698097.tif 000003
【００７０】
この結果、試料Ｎｏ．１のように、板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌが０．１ｍｍ未満では、リフト機構１２の精度的な問題により部分的に接触している箇所があり、この接触箇所からウェハステージ２の熱が導体プレート８へ逃げているため、昇温時間が３分と長くなっているものと思われる。
【００７１】
これに対し、試料Ｎｏ．２〜４，７のように、板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌを０．１ｍｍ以上としたものでは、リフト機構１２の精度に関係なくウェハステージ２と導電性プレート８とを完全に切り離すことができるため、昇温時間を１．５分と短くすることができた。
【００７２】
ただし、試料Ｎｏ．４のように、板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌが２０ｍｍを超えると、リフト機構１２によってウェハステージ２を所定の距離まで切り離すのに要する時間が長くなり、結果としてスループットも長くなる。
【００７３】
この結果、昇温時における板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌは０．１ｍｍ〜２０ｍｍとすることが良いことが判る。
【００７４】
また、試料Ｎｏ．５〜１０に見られるように、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いた場合、試料Ｎｏ．５のように、板状セラミック体３の板厚Ｔが１ｍｍ未満であると、強度が小さいため冷却時に絶縁破壊が発生し、逆に、試料Ｎｏ．９，１０のように、板状セラミック体３の板厚Ｔが１０ｍｍを超えると、ウェハステージ２の熱容量が大きくなり、昇温時間及び冷却時間が長くなるため、結果としてスループットも長くなる。
【００７５】
この結果、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いる場合、板状セラミック体３の板厚Ｔは１〜１０ｍｍとすることが良いことが判る。
【００７６】
さらに、試料Ｎｏ．１１〜１３に見られるように、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いた場合、試料Ｎｏ．１３のように、板状セラミック体３の板厚Ｔが５ｍｍを超えると、冷却時の急激な熱応力に耐えきれず、ウェハステージ２が破損した。
【００７７】
この結果、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いる場合、板状セラミック体３の板厚Ｔは１〜５ｍｍとすることが良いことが判る。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のウェハ支持部材によれば、板状セラミック体の上面をウェハを載せる載置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静電吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セラミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上記ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト機構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は上記導電性プレートの上面にガス溝を形成するとともに、上記導電性プレートに上記ガス溝と連通するガス導入孔を設け、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを加熱する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートより切り離し、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを冷却する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートに当接させ、この状態で上記静電吸着用電極に通電して導電性プレートとの間に静電吸着力を発現させて上記ウェハステージと導電性プレートとを強制的に吸着固定させるとともに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガスを供給するようにしたことによって、プロセス時間の大きな割合を占めていたウェハ及びウェハステージの昇温時間及び冷却時間を大幅に短縮することができるため、生産性をさらに向上させることができる。
【００７９】
特に、リフト機構によってウェハステージと導電性プレートとを切り離した時の距離を０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとすることでウェハ及びウェハステージの昇温時間及び冷却時間の短縮を効果的に発揮することができる。
【００８０】
また、ウェハステージを形成する板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料からなる場合、その板厚を１〜５ｍｍとすることにより、急冷したとしても破損することのないものとすることができ、また、板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料からなる場合、その板厚を１〜１０ｍｍとすることにより、５０℃／分以上の速度で急冷することが可能なウェハ支持部材を提供することができる。
【００８１】
さらに、ウェハステージを形成する板状セラミック体中に直接加熱を行うためのヒータ用電極及び／又はウェハを静電吸着力により載置面に吸着固定するための第二の静電吸着用電極を埋設することにより、ウェハ及びウェハステージの昇温時間を短縮することができるとともに、加熱時におけるウェハ表面の温度分布をより均一にすることができ、加工精度を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ支持部材に備えるガス溝のパターン形状を示す平面図である。
【図３】本発明のウェハ支持部材の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明のウェハ支持部材のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】従来のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【図６】従来のウェハ支持部材の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ウェハ支持部材  ２：ウェハステージ  ３：板状セラミック体
４：載置面  ５：静電吸着用電極  ６：板状セラミック体の下面
７：ガス溝  ８：導電性プレート  ９：通路  １０：ガス導入孔
１１：ピン穴  １２：リフト機構  １３：軸  １４：駆動源  １５：リード線
２１：ウェハ支持部材  ２２：ヒータ用電極  ３１：ウェハ支持部材
３２：第二の静電吸着用電極  ４１：ウェハ支持部材  ４２：ウェハステージ
４３：板状セラミック体  ４４：載置面  ４５：導電性プレート  ４６：通路
４７：ヒータ用電極  ４８：静電吸着用電極  ５１：ウエハ支持部材
Ｗ：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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