(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる板状体の一方の主面をウエハ載置面とし、他方の主面に、厚み１０〜６００μｍのガラスからなる絶縁層を備え、該絶縁層上に発熱抵抗体を備えたウエハ加熱装置において、前記発熱抵抗体上の一部に抵抗体パターンを重ね塗りしたことを特徴とするウエハ加熱装置。
【請求項２】
前記重ね塗りする抵抗体パターンの比抵抗が前記発熱抵抗体の比抵抗より大きいことを特徴とする請求項１に記載のウエハ加熱装置。
【請求項３】
前記抵抗体パターンが転写により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にウエハを加熱するのに用いるウエハ加熱装置及びこれに用いるセラミックヒーターとその製造方法に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶基板あるいは回路基板等のウエハ上に半導体薄膜を生成したり、前記ウエ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ウエハ加熱装置に関する。
【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、半導体ウエハ（以下、ウエハと略す）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、ウエハの大きさが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１回当たりの処理数が減少するため、ウエ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、ウエハの加熱時間の短縮、ウエハの吸着・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】
上記のようなウエハ加熱装置の例として、例えば特許文献１に「窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックスからなる板状体の表面に、金属粒子を焼結して形成した発熱体を設けてなることを特徴とするヒーター」が示されている。
【０００５】
このようなセラミックスからなるヒーターを用いて半導体ウエハ上へレジスト膜を形成するにあたっては、例えば図１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２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とし、他方の主面には酸化膜、絶縁層４を介して発熱抵抗体５が設置され、さらに前記発熱抵抗体５に導通端子７が弾性体８により固定された構造のウエハ加熱装置１が提案されている。そして、前記均熱板２は支持体１１にボルト１７により固定され、さらに均熱板２の内部には熱電対１０が挿入され、これにより均熱板２の温度を所定の温度に保つように、導通端子７から発熱抵抗体５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７は、板状構造部１３に絶縁層９を介して固定されていた。
【０００６】
そして、ウエハ加熱装置１の載置面３に、レジスト液が塗布されたウエハＷを載せたあと、発熱抵抗体５を発熱させることにより、均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱し、レジスト液を乾燥焼付けしてウエハＷ上にレジスト膜を形成するようになっていた。
【０００７】
また、発熱抵抗体５としては、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｎｉ等の一種からなるものを用いていた。
【特許文献１】特開平１１−４０３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えばＡｕ、Ａｇ、ＰｄやＰｔのような金属の単体を発熱抵抗体として使用すると、抵抗温度係数が４０００ｐｐｍ／℃以上と大きいため、ウエハ交換や設定温度変更のために急速昇温させようとした際、抵抗値分布のバラツキにより、抵抗値の高い部分が主に電力を消費しこの部分の温度が選択的に上昇するため抵抗値がさらに上昇し、このためこの部分の消費電力がさらに増加するというように、全体の温度分布を悪くする傾向があることが判った。また、この傾向は、電圧印加時の均熱板の温度分布により変化し、昇温時の温度分布の再現性についても良くないという問題があることが判った。
【０００９】
また、ウエハの温度分布を均一にするためには、発熱抵抗体の抵抗値分布を精密に制御する必要がある。そこで、本発明者等はレーザートリミングにより発熱抵抗体の抵抗値分布を制御することを提案していたが、レーザートリミングという手法は、一旦形成した発熱抵抗体に傷をつけて抵抗値調整する手法なので、耐久性について、使用条件が厳しくなると抵抗値変化が発生する虞があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、セラミックスからなる板状体の一方の主面をウエハ載置面とし、他方の主面に厚み１０〜６００μｍのガラスからなる絶縁層を備え、該絶縁層上に発熱抵抗体を備えたウエハ加熱装置において、前記発熱抵抗体
上の一部に抵抗体パターンを重ね塗りすることにより耐久性の課題を解決できることを見出した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、セラミックスからなる板状体の一方の主面に、厚み１０〜６００μｍのガラスからなる絶縁層を備え、該絶縁層上に発熱抵抗体を備えたウエハ加熱装置において、前記発熱抵抗体上の一部の抵抗値を小さくすることによって発熱抵抗体の抵抗値分布を調整したことにより耐久性の課題を解決できることを見出した。
【００１３】
また、発熱抵抗体の抵抗値調整方法について、セラミックスからなる板状体の一方の主面に、厚み１０〜６００μｍのガラスからなる絶縁層を備え、該絶縁層上に発熱抵抗体を備えたウエハ加熱装置において、前記発熱抵抗体が、発熱抵抗体上に抵抗体パターンを重ね塗りすることにより抵抗値分布を調整したウエハ加熱装置とすることにより、発熱抵抗体５の耐久性良好なウエハ加熱装置を得ることができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は本発明のウエハ加熱装置の一例を示す断面図で、セラミックスからなる均熱板２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面３とするとともに、他方の主面に形成されたＳｉＯ２膜の上にガラスからなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成し、この発熱抵抗体５と電気的に接続する給電部６を備えてウエハ加熱装置を構成したものである。
【００１６】
また、発熱抵抗体５のパターン形状としては、円弧状の電極部と直線状の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、発熱抵抗体５を複数のパターンに分割することも可能である。
【００１７】
発熱抵抗体５は、抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃以下の金属から形成されている。これは、該抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃を越えると、ウエハ交換や設定温度変更時の急速昇温時に、均熱板２の温度制御がうまくできず、目標とする１０℃以内にウエハ面内の温度バラツキを保持することが困難となるためである。発熱抵抗体５は、通常プリント法や転写法により均熱板２の上に形成された絶縁層４上に形成されるが、どうしてもある程度の厚みバラツキがあるので、発熱抵抗体５の抵抗値分布にもバラツキが残ってしまう。そこに、ウエハＷを急速昇温させるために、フルパワーを印加すると、抵抗値の高いところに電圧が集中し発熱が偏るようになる。このように発熱が偏ると、さらにこの部分の抵抗値が上昇し、抵抗値のバラツキがさらに大きくなることが判った。このような傾向は、ウエハサイズが８インチから１２インチと大きくなるに連れ大きくなることが判った。
【００１８】
これに対し、発熱抵抗体５の抵抗温度係数を２０００ｐｐｍ／℃以下にすると均熱板２の熱伝導による効果との相乗効果で、上記のような変化を小さくできることが判った。
【００１９】
発熱抵抗体５の抵抗温度係数を２０００ｐｐｍ／℃以下とするためには、金属材料を合金化することが有効である。例えば、本発明のように発熱抵抗体５を均熱板２の表面に形成する場合、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ａｇ、Ｐｔ−Ｒｈ、Ａｇ−Ｐｄ等のようにＡｕ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒのように耐熱性良好な金属２種類以上からなる合金を発熱抵抗体５とすれば良い。さらに好ましくは、Ａｕ−Ｐｔ族金属の組み合わせとすることが金属材料の酸化による抵抗値変化を防止する上で好ましい。この場合、最初から合金化した金属を使用しても構わないし、粉末を混合して焼結時に合金化するようにしても構わない。また、焼結時に合金化する場合は、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄは９００〜１１００℃の大気中で焼成すれば良い。また、Ｐｔ−Ｒｈの場合、１３００〜１５００℃で焼成すればよい。
【００２０】
抵抗温度係数を２０００ｐｐｍ／℃以下にすれば、発熱抵抗体５の抵抗値分布にずれがあっても、均熱板２を介しての熱伝導により発熱バラツキを吸収できるので、均熱板２全体を良好な温度分布で急昇温させることができるようになる。
【００２１】
ここでは、２成分系の例を示したが、３成分系もしくは４成分系の金属から成る発熱抵抗体５の抵抗温度係数についても同様である。
【００２２】
金属の抵抗は、温度を上昇させると抵抗値が高くなる。これは、温度を上げると熱による電子のブラウン運動が盛んになり、これが電気伝導を妨げるからであることが知られている。このため、温度を上げていくと金属の抵抗値は一定のレベルに収束する。これに対し、金属を合金化すると、結晶性の変化や新たに生成される結晶界面の影響により室温付近の抵抗値が増加するので、見掛け上抵抗温度係数が小さくなることになる。従って、異種金属を混合する量が多くなる程、抵抗温度係数は小さくなることになる。
【００２３】
さらに、発熱抵抗体５は、絶縁層４との密着性を高めるためガラスを含み、このガラスの軟化点が、絶縁層４に含まれるガラスの転移点より低いことが発熱抵抗体５の加工精度を向上させる上で好ましい。ガラスは転移点以上の温度では高粘度の粘性流体であると考えられる。このため、絶縁層４に含まれるガラスの転移点より発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点を低くし、発熱抵抗体５の焼き付け時に、基材となる絶縁層４に影響がでないようにする。
【００２４】
発熱抵抗体５を均熱板２の表面に形成する理由は、発熱抵抗体５を形成した後さらに発熱抵抗体５の抵抗値分布を細かく調整するためである。調整のための手法としては、発熱抵抗体５の一部を削り取る手法があるが、この手法では発熱抵抗体５に必ず欠陥を発生させることになる。そこで、本発明では発熱抵抗体５に抵抗体パターンを重ね塗りする手法を用いることで、発熱抵抗体５に欠陥が生成することを防止し耐久性を良好にした。
【００２５】
ここで、図２を用いて、発熱抵抗体５の抵抗値の調整方法について説明する。発熱抵抗体５に目標とする抵抗値より高い抵抗値調整部５ａがあった場合、この抵抗値調整部５ａ上に新たな抵抗体パターン５’を重ね塗りし、抵抗値分布を目標値のレベルに調整することができる。
【００２６】
抵抗体パターン５’を重ね塗りすることにより、その部分の抵抗値を減少させることにより抵抗値分布を制御することが本発明の目的である。レーザートリミングによる抵抗値分布制御においては、発熱抵抗体５パターンの中で抵抗値が低いところの抵抗値を高くするように加工するのに対して、本発明では逆の操作で抵抗値分布を制御することになる。
【００２７】
抵抗体パターン５’を形成する場所については、発熱抵抗体５を細分化した多数のブロックに分割し、それぞれのブロックの目標とする抵抗値を設定しておき、抵抗値が目標値とずれている部分のみを目標値に合うように抵抗値調整する。
【００２８】
また、抵抗値修正用の抵抗体パターン５’の比抵抗を発熱抵抗体５の比抵抗より高めに調整する方が、パターン形成による抵抗値制御の幅を小さくできるので、発熱抵抗体５の抵抗値を精密に調整できる。好ましくは、比抵抗を１０％以上高めに調整する方が良い。重ね塗りにより抵抗値を調整する場合、抵抗値調整幅が小さいと抵抗体パターン５’を塗布する幅を小さくするか塗布厚みを薄くする必要がある。この塗布の精度が抵抗値修正のバラツキを決めるひとつの要因となる。
【００２９】
抵抗体パターン５’をなすペーストの塗布は、プリント法を用いたり、予め抵抗値調整幅を設定した抵抗体パターン５’を転写により塗布することも可能である。また、抵抗体パターン５’をなすペーストの焼き付け温度は、発熱抵抗体５の焼き付け温度より１０℃以上低めの温度で焼き付けすることが好ましい。この抵抗体パターン５’の焼き付けを上記のように処理することにより、初期の発熱抵抗体５の抵抗値が、抵抗体ペースト５’をなすペーストの焼き付け温度により変化することを抑制できる。
【００３０】
図１を用いて、さらに本発明の一実施例であるウエハ加熱装置１の構造を細かく説明する。セラミックスからなる均熱板２の表面には絶縁層４が形成され、さらにその上に、Ａｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ族金属のうち少なくとも２種類以上からなる発熱抵抗体５が形成され、この発熱抵抗体５には給電部６が形成されて均熱板２を構成してある。この均熱板２を支持体１１に接合し、上記給電部６に導通端子７を押圧して接続することによりウエハ加熱装置を構成している。また、ウエハＷは、支持ピン２２により載置面３から離間して保持される。これにより、ウエハＷが均熱板２に片当たりして温度分布が悪くなるといった問題を防止している。
【００３１】
また、ガラスからなる絶縁層４は、厚みを１０〜６００μｍとする。この厚みが１０μｍ未満であると、均熱板２と発熱抵抗体５との間の電気的な絶縁が不十分となる。また、前記厚みが６００μｍを越えると、ガラスは熱伝導率が低いので、発熱抵抗体５からウエハＷ載置面３への熱伝達が遅くなってしまい好ましくない。
【００３２】
また、ガラスからなる絶縁層４の表面の平坦度は、３００μｍ以下とすることが好ましい。該平坦度が３００μｍを越えると、絶縁層４の表面に発熱抵抗体５を形成した場合の厚みバラツキが大きくなり、発熱抵抗体５の抵抗値バラツキが大きくなるため好ましくない。
【００３３】
ガラスからなる絶縁層４の平坦度を３００μｍ以下とするためには、均熱板２の絶縁層４を塗布する側の平坦度を３００μｍ以下とすると同時に、均熱板２を構成するセラミックスの熱膨張率に対し、ガラスの熱膨張率を０〜０．９×１０−６ｄｅｇ−１の範囲で小さくすることが好ましい。これは、ガラスが焼結する際の収縮による応力が焼き付けの際の熱処理では十分緩和されず、絶縁層４側が凹となるような反りが残留しやすいからである。このように、ガラスの熱膨張率を均熱板２をなすセラミックスの熱膨張率より小さくすることにより均熱板２の反りを低減することが、平坦度を向上させるのに有効である。
【００３４】
また、前記絶縁層４の平坦度が３００μｍより大きい場合は、予め膜厚を管理した発熱抵抗体５を転写シートに形成しておき、該発熱抵抗体５を転写により絶縁層４上に形成することによって発熱抵抗体５の厚みを均一とし、均熱板２を均一に加熱することができるようにする。
【００３５】
また、ガラスからなる絶縁層４は、プリントもしくは転写により一定厚みの膜を形成し、そのガラスの作業点以上の温度で熱処理することにより形成する。ガラスの熱膨張率は、均熱板２のセラミックス基材の熱膨張率より若干小さな熱膨張率とすることが好ましい。これは、ガラスが焼結し溶融する際に、その収縮による応力を十分緩和し切っておらず、収縮による応力が反りの形で残留しているので、この分を吸収するためである。そしてこの結果、ガラスに残留する応力が圧縮応力となるので、熱応力に対しクラックが発生し難くなるからである。
【００３６】
さらに、支持体１１に固定したあとの均熱板２の平坦度が８０μｍ以下、さらに好ましくは、４０μｍ以下とすることが好ましい。均熱板２の平坦度を８０μｍ以下にする理由は、ウエハＷと均熱板２との間隔を管理することにより、ウエハＷを急昇温させた場合に、ウエハＷ面内の温度を精密に管理することができるようにするためである。
【００３７】
また、均熱板２とウエハＷの間隔は、外周部より中心部を狭くする方が好ましい。均熱板２の温度分布を一定にするため、発熱抵抗体５の発熱分布は、中心部より熱が外に逃げやすい外周部の方が発熱量が多くなるようにしている。このため、急昇温させる場合、ウエハＷの中心部の昇温がどうしても遅れやすい傾向になるからである。この傾向を少なくするために、均熱板２とウエハＷの間隔は、外周部より中心部の方を狭くする方が、均熱板２の温度変化に対して応答性が早くなるので好ましい。
【００３８】
また、均熱板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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
さらに均熱板２は、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にウエハを載せ均熱板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、これにより均熱板２の反りを防止し、ウエハＷ加熱におけるウエハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００４５】
また、均熱板２の温度調整用の熱電対１０は、均熱板２の中央部のウエハ載置面３の直近に設置され、熱電対１０の温度を基に均熱板２の温度を調整する。発熱抵抗体５が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの発熱抵抗体５のブロックに測温用の熱電対１０を設置する。熱電対１０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１０を使用することが好ましい。また、均熱板２に埋め込まれた先端部に力が掛からないように熱電対１０の途中が支持部７の板状構造部１３に保持されている。この熱電対１０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。
【００４６】
また、発熱抵抗体５を複数のブロックに分割する場合は、そのブロック毎にその中央部に温度制御用の熱電対１０を設置し、各々独立に温度制御することが好ましい。
【００４７】
熱電対１０の保持構造は、図３に示したように、均熱板２の発熱抵抗体５を形成した側の主面に凹部２７を形成し、この凹部２７の中に、熱電対１０による測温の信頼性を高めるために熱伝導率が６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属箔２３を介して熱電対１０を設置し、さらに上から熱伝導率が均熱板２のそれに対し４０〜１７０％である金属製チップ２２、および熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の押さえ治具２４、支持棒２５を弾性体２６により押圧固定した構造とすることが好ましい。また、前記凹部２７の径は、３〜５ｍｍφとすることが好ましい。
【００４８】
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には発熱抵抗体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となっている。また、前記板状構造体１３は、複数の層から構成されている。
【００４９】
また、均熱板２に形成された給電部６と導通端子７間の接続を、押圧による接触とすることにより、均熱板２と支持体１１の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し、耐久性良好なウエハ加熱装置を提供することができる。この押圧手段である弾性体８としては、図１に示すようなコイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧するようにしても構わない。
【００５０】
弾性体８の押圧力としては、０．３Ｎ以上の荷重を導通端子７に掛けるようにすればよい。弾性体８の押圧力を０．３Ｎ以上とする理由は、均熱板２および支持体１１の膨張収縮による寸法変化に対し、それに応じて導通端子７が移動しなければならないが、装置の構成上導通端子７を均熱板２の下面から給電部６に押し当てるようにしているため、導通端子７の摺動部との摩擦により導通端子７が給電部６から離れることを防止する為である。
【００５１】
また、導通端子７の給電部６との当接面側の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。さらに、導通端子７を保持する絶縁材９は、その使用温度に応じて、２００℃以下の温度では、ガラス繊維を分散させたＰＥＥＫ（ポリエトキシエトキシケトン樹脂）材のものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラミック製の絶縁材９を用いることが可能である。
【００５２】
このとき、導通端子７の少なくとも給電部６との当接部を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレスおよび白金族の金属のうち少なくとも１種以上からなる金属により形成することが好ましい。具体的には、導通端子７自体を上記金属で形成するか、または導通端子７の表面に該金属からなる被覆層を設けることもできる。
【００５３】
あるいは、導通端子７と給電部６の間に上記金属からなる金属箔を挿入することにより、導通端子７表面の酸化による接触不良を防止し、均熱板２の耐久性を向上させることが可能となる。
【００５４】
また、導通端子７の表面にブレーチング加工やサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らすことにより接点が点接触となることを防止すると、さらに接触の信頼性を向上させることができる。ウエハ加熱装置１は、均熱板２面内の温度は均一になるように調整するが、加熱時、ウエハの入れ替え時等は、構造的に均熱板２と支持体９の温度の関係は一定ではない。この温度差により、給電部６と導電端子７は、捻れた位置関係で接触する場合が多いので、これらの接点を平坦に加工すると、片当たりして接触不良を起こしやすい。
【００５５】
そして、このウエハ加熱装置１によりウエハ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エハＷを不図示のリフトピンにて支持したあと、リフトピン８を降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。
【００５６】
次に、給電部６に通電して発熱抵抗体５を発熱させ、絶縁層４及び均熱板２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。均熱板２を炭化珪素質焼結体により形成すると、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、８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも発熱抵抗体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。
【実施例１】
【００５７】
炭化珪素原料に３重量％のＢ４Ｃと２重量％の炭素を適量のバインダおよび溶剤を用いて混合し、造粒したあと成形圧１００ＭＰａで成形し非酸化雰囲気中１９００〜２１００℃で焼成して、熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり外径が２３０ｍｍの円盤状の炭化珪素質焼結体を得た。そして、両面を平面研削した後、１２００℃×１時間の熱処理を施してＳｉＯ２からなる膜を形成し、一方の表面に２００μｍのガラスペーストをプリント形成して、１０００℃で焼き付け処理することにより絶縁層４を形成した。尚、ガラスの熱膨張率は、３．４×１０−６ｄｅｇ−１のものを用いた。
【００５８】
ガラスからなる絶縁層を形成した円盤状の炭化珪素質焼結体の表面に、中心部と、外周部を９０度ずつになるように４分割したブロックの、合わせて５分割のブロックを、表１に示した組成のＡｕ、Ａｇ、Ａｕ−Ｐｔ、Ａｕ−Ｐｄ、Ａｕ−Ａｇ、Ａｕ−Ｐｔ粉末と作業点が７５０℃のガラスからなるペーストを塗布し、７５０℃で焼き付け処理することにより発熱抵抗体５を形成した。
【００５９】
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枚について所定の位置に5本の温度調整用の熱電対１０および１０本の導通端子７を形成し、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１１を準備した。熱電対１０は、各発熱抵抗体ブロックの中央部に図３に示した構造で設置した。
【００６０】
その後、前記支持体１１の上に、均熱板２を重ね、その外周を弾性体８を介してネジ締めすることにより図１に示したウエハ加熱装置１とした。
【００６１】
このウエハ加熱装置１の載置面３に温度測定用の熱電対１０ａを固定したウエハＷを設置し、この熱電対１０ａによりウエハＷ面内の温度分布を測定した。測定用の該熱電対１０ａは、ウエハＷの半径の１／２の半径の６等分点と中心の７ヶ所に設置した。
【００６２】
こうして準備したウエハ加熱装置１を１５０℃に保持しウエハＷ面内の温度分布が±０．５℃以内となるように調整した後、５０℃に温度を下げウエハＷ面内の温度分布を±０．４℃以内とし、２００℃まで昇温させた際のウエハＷ面内の温度分布の最大値を評価した。各サンプル５個のサンプルを準備し、温度分布を確認した。
【００６３】
結果を、表１に示した。
【表１】
0004809171.tif 000002
【００６４】
表１に示したように、発熱抵抗体５として抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃を越えるＰｔ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ単体を用いたＮｏ．１〜５および１２は、急速昇温時の温度バラツキが１０℃以上となった。これに対し、抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃以下となるＮｏ．６〜１１、１３〜１６は、急速昇温時の温度バラツキが１０℃未満となり、良好な温度分布制御が可能であることが判った。
【実施例２】
【００６５】
ここでは、実施例１のＮｏ．８、１３〜１６のサンプルを用いて、それぞれの発熱抵抗体５に通電して３５０℃に加熱し５００時間保持した後の抵抗変化を確認した。
【００６６】
結果を表２に示した。
【表２】
0004809171.tif 000003
【００６７】
表２に示したように、ＡｇまたはＰｄを含有するＮｏ．１３、１４は、初期に較べて抵抗値が０．５％以上大きくなった。これは、ＡｇおよびＰｄがテスト中の耐久テストで一部酸化したためと考えられる。これに対し、発熱抵抗体５としてＡｕおよびＰｔ族金属の合金を用いたＮｏ．８、１５、１６は、抵抗変化が非常に小さな値となった。酸化雰囲気中で使用する発熱抵抗体５としては、Ａｕ−Ｐｔ族金属の２種以上組み合わせで使用することが好ましい事が判った。
【実施例３】
【００６８】
ここでは、発熱抵抗体５の抵抗値分布の調整方法について検討した。
【００６９】
発熱抵抗体パターンの一部に、目標の抵抗値に対し抵抗値を１．５倍に調整した抵抗値調整部５ａを形成した２０個のサンプルを、その他の部分については実施例１と同様にして作製した。抵抗体パターン５’をなすペーストとしては、Ａｕ：Ｐｔ重量比を５０：５０に調整したペーストを用いた。その後、この抵抗値調整部５ａに発熱抵抗体５と同一のペーストを用いて目標抵抗値に対し±３％以内を狙って抵抗値調整用の抵抗体パターン５’を重ね塗りすることにより調整し、発熱抵抗体５の焼き付け条件より１０℃下の温度で焼付けすることにより発熱抵抗体５の抵抗値を調整した。各条件１０個のサンプルを作製し、その目標抵抗値に対する抵抗値バラツキの平均値を抵抗値修正バラツキとした。
【００７０】
また、発熱抵抗体５のパターンに較べ、比抵抗を−１０％、同一、１０％、３０％、５０％増加させた抵抗体パターン５’をなすペースト５種類を用いて同様の抵抗体パターン５’による抵抗値調整を実施した。また、Ｎｏ．７では、５０％比抵抗を調整した抵抗体用ペーストを転写用に調整した抵抗体パターン５’を使って抵抗値調整した。そして、抵抗値調整目標に対し、焼き付け後の抵抗値バラツキを各々のサンプルについて評価した。また、比較用にレーザートリミングの抵抗トリミングデータを示した。こちらは、発熱抵抗体５の一部に抵抗値を目標の抵抗値に対し２／３に調整した部分を作製し、この部分をレーザートリミングにより抵抗値調整し、調整した抵抗値のバラツキを調査した。
【００７１】
さらに、実施例１と同様な方法で急速昇温させた場合のウエハ面内の温度分布の最大値を評価した。
【００７２】
また、耐久性について、発熱抵抗体５の自己発熱により、ウエハ温度を５０℃から３００℃まで３分間で昇温させ、２分間保持後、強制空冷により５分間以内に５０℃以下まで冷却するサイクルを１０００サイクル繰り返す耐久テストを施し、耐久テスト前後の抵抗変化を調査した。
【００７３】
結果を、表３に示した。
【表３】
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【００７４】
表３に示したように、抵抗体パターン５’をなすペーストの比抵抗を発熱抵抗体５をなすペーストの比抵抗に対し−１０％となるように調整したＮｏ．１は、抵抗値修正バラツキが１８％と大きくなるので好ましくない。これに対し、比抵抗を発熱抵抗体５より高めに調整した抵抗体パターン５’をなすペーストを用いたＮｏ．３〜５は、レーザートリミングを用いたＮｏ．７、８と較べても遜色ない抵抗値バラツキ６％以内で調整できた。
【００７５】
また、予め抵抗値調整幅を設定した抵抗体パターン５’を転写により調整したＮｏ．６は、抵抗値調整バラツキ１％で調整できた。
【００７６】
また、耐久テスト後の抵抗値変化については、レーザートリミングを施したＮｏ．７、８は抵抗値が０．２〜０．３％変化したにも拘わらず、抵抗体パターン５’をなすペーストを重ね塗りして抵抗値調整したＮｏ．１〜６は、抵抗値変化率が０．１％以下と良好な耐久性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【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発熱抵抗体の一部拡大平面図であり、（ｂ）は、その断面図である。
【図３】本発明のウエハ加熱装置の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１：ウエハ加熱装置
２：均熱板
３：載置面
４：絶縁層
５：発熱抵抗体
５’：導体パターン
５ａ：抵抗値調整部
６：給電部
７：導通端子
８：弾性体
１０：熱電対
１１：支持体
Ｗ：半導体ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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