(57)【要約】【解決手段】金属プレート１の表面に形成された溝１Ａの底部に沿ってポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類の耐熱性高分子剤が塗布された基盤層２と、基盤層２の上面に圧着され溝１Ａに沿って配設された発熱用の金属箔３と、該金属箔３の上面と金属プレート１の表面とを一体に覆う耐熱性高分子剤の被覆層４とから成る。前記耐熱性高分子剤は、フェノール樹脂にアルコキシラン化合物を化学結合させたノボラックフェノール樹脂から成る耐熱フェノール複合材を使用する。【効果】絶縁層を均一に形成することが可能である。絶縁不良などの不具合を解消する。使用可能な温度幅を広く設定できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属プレートの表面に形成された溝の底部に沿ってポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類の耐熱性高分子剤が塗布された基盤層と、該基盤層の上面に圧着され溝に沿って配設された発熱用の金属箔と、該金属箔の上面と金属プレートの表面とを一体に覆う前記耐熱性高分子剤の被覆層とから成ることを特徴とする半導体ウエハーにおけるヒーター装置。
【請求項２】
前記耐熱性高分子剤は、フェノール樹脂にアルコキシラン化合物を化学結合させたシリカ系ハイブリッドの耐熱フェノール複合材を使用する請求項１記載の半導体ウエハーにおけるヒーター装置。
【請求項３】
金属プレートの表面にエッチング処理にて溝を形成する第１工程と、ポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類の耐熱性高分子剤を前記工程で形成された溝の内部に塗布して基盤層を形成する第２工程と、溝内部の基盤層の上に発熱用の金属箔をホットプレスする第３工程と、前記金属箔の上面と前記金属プレートのエッチングされていない表面とを前記耐熱性高分子剤で一体にオーバーコート後熱硬化させて被覆層を形成する第４工程とから成ることを特徴とする半導体ウエハーにおけるヒーター装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として半導体製造装置における半導体ウエハーの被処理基板加熱用として使用される半導体ウエハーにおけるヒーター装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体製造装置において、半導体ウエハーの被処理基板を加熱する場合には、面状ヒーター装置により行なわれる。従来の面状ヒーター装置は、雲母（マイカ）やシリコン等を絶縁体とし、ニクロムや鉄クロム等の金属を発熱体として一体化された面状発熱体をアルミニウム等の金属に挟み込むことにより構成されている。特にシリコンウエハーのレジスト材は加熱温度に対して非常に敏感であり、最適処理温度に到達する時間を極力短縮することが必須のものとされている。
【０００３】
しかしながらこのような従来提案の面状ヒーター装置では、ヒーター加熱時において発熱体である金属の反り等の原因で、発熱体と絶縁体との密着性が劣り、そのため半導体ウエハー加熱面の温度分布がバラ付いてしまい、半導体ウエハーのレジスト材に悪影響を与えてしまう。特に、従来の絶縁体では雲母（マイカ）の場合には約４００μ〜５００μ、シリコンの場合には約８００μ程度の厚さが要求され、このような厚みを有するために２０数本のネジ部材を介して絶縁体と発熱体とを締め付け圧着させる必要があった。しかも、従来のような厚みのある絶縁体ではその内部に多数の間隙空気層が存在して均一な温度分布にならないのに加えて熱伝導性も低下するものとなる。また、上記した発熱体と絶縁体との密着性の低下に加えて使用している絶縁体自体の断熱効果が大きいため、半導体ウエハー加熱時の昇温速度も遅くなる等の問題点を有していた。
【０００４】
そこで、当出願人は先に特許文献１にて、叙上のような従来存した問題点を解消し、半導体ウエハーの加熱を均一に行なうことができ、しかも最適処理温度に到達する時間を短縮できるように改善する半導体ウエハーにおけるヒーター装置およびその製造方法を提案している。このヒーター装置では、耐熱性高分子層により所定のヒーターパターンを有する金属箔を上下両側からサンドイッチ状に挟持させて熱圧着させた発熱体を基板上に設けたものである。そして、このヒーター装置を製造する際に、基板上に絶縁体であるポリイミド溶液をコーティングする工程と、熱剥離性接着剤を塗布させたプラスチックフィルムに金属箔を貼り、エッチング加工で所定のヒーターパターンを形成する工程を採用している。
【０００５】
一方、特許文献２に、半導体製造におけるシリコンウエハ等の薄板を静電吸着して保持する静電チャックに関する提案が記載されている。この静電チャックでは、接着温度を幅広い範囲でカバーできるように、保持台に接着剤を用いずに貼り合わせた静電チャックである。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−４３９６１号公報
【特許文献２】
特開平９−１６２２７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１のヒーター装置では、耐熱性高分子層により所定のヒーターパターンを有する金属箔を上下両側からサンドイッチ状に挟持するために、基板上にポリイミド溶液をコーティングする工程において、空気が侵入して均一な厚みに形成されない不都合が生じた。また、絶縁層に塵埃等が侵入して絶縁不良が生じる虞もあった。
【０００８】
また、耐熱性高分子剤の耐熱温度が２５０℃〜３００℃であった場合、このヒーター装置では、２５０℃までの使用に限定され、さらに高い温度で使用するには、耐熱温度の高い材質のヒーター装置が別途使用されていた。
【０００９】
一方、特許文献２に記載されている静電チャックでは、被吸着物を静電吸着すべき面の反対側の面も静電吸着可能に構成し、該静電チャックを保持する保持台に静電吸着により着脱自在としたものなので、この静電吸着時に、多くの塵埃も吸着される虞がある。したがって、このような製造方法を前記ヒーター装置の製造方法に用いることは困難であった。
【００１０】
そこで、本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、絶縁層を均一に形成することが可能で、絶縁不良などの不具合を解消し、使用可能な温度幅も広く設定できるように改善された半導体ウエハーにおけるヒーター装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成すべく本発明の第１の手段は、金属プレート１の表面に形成された溝１Ａの底部に沿ってポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類の耐熱性高分子剤が塗布された基盤層２と、基盤層２の上面に圧着され溝１Ａに沿って配設された発熱用の金属箔３と、該金属箔３の上面と金属プレート１の表面とを一体に覆う前記耐熱性高分子剤の被覆層４とから成る。
【００１２】
第２の手段において、前記耐熱性高分子剤は、フェノール樹脂にアルコキシラン化合物を化学結合させたシリカ系ハイブリッドの耐熱フェノール複合材を使用する。
【００１３】
第３の手段は、金属プレート１の表面にエッチング処理にて溝１Ａを形成する第１工程と、ポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類の耐熱性高分子剤を前記工程で形成された溝１Ａの内部に塗布して基盤層２を形成する第２工程と、溝１Ａ内部の基盤層２の上に発熱用の金属箔３をホットプレスする第３工程と、前記金属箔の上面と前記金属プレートのエッチングされていない表面とを前記耐熱性高分子剤で一体にオーバーコート後熱硬化して被覆層４を形成する第４工程とから成る製造方法にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明は、半導体製造装置における半導体ウエハーの被処理基板加熱用として使用されるヒーター装置である。このヒーター装置は、図１に示すように、母材となるアルミニウム等の金属プレート１表面に、所定のヒーターパターンを有する溝１Ａを設け、この溝１Ａに金属箔３を設けたものである。
【００１５】
金属プレート１の溝１Ａは、エッチング処理にて形成される。この溝１Ａは、金属箔３の幅よりも０．１〜０．２ｍｍ程度の幅に形成され、溝１Ａの深さは、金属箔３の厚みプラス５０μ程度とする。例えば、金属箔３の厚みを３０μ前後とすると、溝１Ａの深さは８０μ程度に設定する。
【００１６】
この溝１Ａの底部に沿って絶縁体である耐熱性高分子剤を約５０μ程度の厚さに塗布して基盤層２を設け、該基盤層２の中心に沿って金属箔３を加熱圧着する。溝１Ａに塗布する耐熱性高分子剤は、ポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類が選択される。この基盤層２は、選択した耐熱性高分子剤が気化し、あるいは半硬化する夫々の温度と時間で処理される。
【００１７】
また、前記金属箔４は、予め熱剥離性接着剤を塗布させたプラスチックフィルムに貼着されており、エッチング加工で所定のヒーターパターンを形成したものである（図示せず）。そして、基盤層２に加熱圧着する際に金属箔３に与える圧力、温度、時間は、選択する耐熱性高分子剤に応じて異なるものである。例えば、耐熱性高分子剤にポリイミド溶剤を選択した場合は、溶剤を予め約９０〜１５０℃の熱処理で飛ばして接着力を残しておき、その上に溝１Ａと同じヒーターパターンを有する金属箔４をプラスチックフィルムから加熱により剥がして転写させてから、約２５０℃（２０ｋｇ／ｃｍ３  ）のホットプレス等での加熱圧着により耐熱性高分子剤自体の接着効果を利用して基盤層２の上に金属箔４を溶着固定させるものである。
【００１８】
さらに、金属箔３の上面と金属プレート１の表面とを再び耐熱性高分子剤の被覆層４で一体にオーバーコートし、所定の温度を所定の時間加えて加熱圧着している。被覆層４と前記基盤層２は同じ耐熱性高分子剤が用いられ、ポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類が選択される。このとき、耐熱性高分子剤にフェノール樹脂にアルコキシラン化合物を化学結合させたノボラックフェノール樹脂から成る耐熱フェノール複合材を使用することで、耐熱温度を３５０℃まで高めることができる。例えば、耐熱性高分子剤の耐熱温度が２５０℃〜３００℃であった場合、この耐熱温度を越える範囲での使用プロセスには、耐熱温度の高い他の耐熱性高分子剤を使用したヒーター装置が別途使用されている。そこで、耐熱性高分子剤にノボラックフェノール樹脂を選択使用した場合は、３５０℃までの範囲で使用できるので、一つのヒーター装置によって温度が異なる複数の使用プロセスで使用することが可能になる。
【００１９】
ノボラックフェノール樹脂の実施例として、次の一般式で示すシリカ系ハイブリッド体が特に耐熱性に優れており、耐熱性高分子剤として好適である。このシリカ系ハイブリッド体は、フェノールノボラック樹脂に３官能メトキシ又は４官能メトキシを化学結合している。この実施例ではメタノールを揮発物質とし、溶剤は使用しない。
【００２０】
【化１】
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【００２１】
化１の式で示す実施例において、フェノールノボラック樹脂に３官能メトキシ（Ｘ＝ＣＨ３）を使用した場合、硬化残分７１．１（ｗｔ％）、硬化残分中のシリカ分３８（ｗｔ％）、フェノール当量２７０（ｇ／ｅｑ）、粘度２３０００（ｍＰａ・ｓ／２５℃）の性状を示す。また、フェノールノボラック樹脂に４官能メトキシ（Ｘ＝ＯＣＨ３）を使用した場合、硬化残分６９．９（ｗｔ％）、硬化残分中のシリカ分４１（ｗｔ％）、フェノール当量２９０（ｇ／ｅｑ）、粘度２３５００（ｍＰａ・ｓ／２５℃）の性状を示す。
【００２２】
このように、金属プレート１の溝１Ａの内部に配した被覆層４に、耐熱性高分子剤から成る被覆層４を配したことにより、空気が侵入して均一な厚みに形成されない不都合や、絶縁層に塵埃等が侵入して絶縁不良が生じる虞は解消された。また、従来のヒーター装置による半導体ウエハーの最適処理温度が１２０℃に達するまでのリカバリータイムが約５０〜６０秒かかっていたのを、本実施の形態によるヒーター装置においては３０〜４０秒に短縮できた。また、ヒーター装置により半導体ウエハーを１２０℃に加熱する際にその設定温度が従来では±０．１５℃の温度変動があったものが±０．１℃に抑えることが可能となり、このように半導体ウエハーをヒーター装置の上に載せたときのダイナミック特性を左右する半導体製品のバラ付きを極力最小限に食い止めることができる。
【００２３】
本発明の製造方法の一例を説明する。本発明の基本工程は、次の４つの工程から成る。すなわち、第１の工程は、アルミニウム等の金属プレート１の表面にエッチング加工で所定のヒーターパターンを形成した溝１Ａを形成する工程である。溝１Ａの形状は、金属箔４のヒーターパターンと同じ形状に形成し、後述する第３工程で、溝１Ａ内に金属箔４を配設する。
【００２４】
第２の工程は、ポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類の耐熱性高分子剤を、前記工程で形成された溝１Ａの内部に塗布して基盤層２を形成する工程である。このとき耐熱性高分子剤の溝１Ａ内部の塗布作業は、例えばスプレー、刷毛、電着等の塗装、またはスピンコーティングである所謂スピンナ等により行なわれる。
【００２５】
第３の工程は、溝１Ａ内部の基盤層２の上に発熱用の金属箔３をホットプレスする工程である。金属箔３は、熱剥離性接着剤を塗布させたプラスチックフィルムに金属箔３を貼り、エッチング加工で溝１Ａと同じ形のヒーターパターンを形成しておく（図示せず）。次いで、基盤層２の耐熱性高分子剤を例えば約９０〜１５０℃の熱処理で飛ばして接着力を残しておき、その上に前記金属箔４をプラスチックフィルムから熱剥離して転写させてから、約２５０℃のホットプレス等での加熱圧着により熱性高分子剤自体の接着効果を利用して基盤層２に金属箔３を溶着固定させる。
【００２６】
第４の工程は、前記金属箔の上面と前記金属プレートのエッチングされていない表面とを耐熱性高分子剤で一体にオーバーコート後熱硬化して被覆層４を形成する工程である。被覆層４の厚みは約５０μ程度の厚さとし、例えば２５０℃で加熱圧着する。最後に電極部の接続端子にリード線を接続させることによりヒーター装置が形成されるのである（図示せず）。
【００２７】
尚、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での改良、変形等は本発明に包含されるものである。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、上述の如く構成したことにより、絶縁層を均一に形成することが可能で、絶縁不良などの不具合を解消し、使用可能な温度幅も広く設定できるように改善された。
【００２９】
金属プレート１の表面に形成された溝１Ａの底部に沿ってポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれかの耐熱性高分子剤が塗布された基盤層２と、基盤層２の上面に圧着され溝１Ａに沿って配設された発熱用の金属箔３と、該金属箔３の上面と金属プレート１の表面とを一体に覆う耐熱性高分子剤の被覆層４とから成るので、生産性が向上する。しかも、従来のように、空気が侵入して均一な厚みに形成されない不都合や、絶縁層に塵埃等が侵入して絶縁不良が生じる虞なども解消された。さらに、金属箔３が溝１Ａの内部に保護されているので、機械的強度に優れたヒーター装置を提供することができる。
【００３０】
また、耐熱性高分子剤として、フェノール樹脂にアルコキシラン化合物を化学結合させたシリカ系ハイブリッドの耐熱フェノール複合材を使用することで、耐熱性に優れた絶縁層を提供できるので、使用可能な温度幅も広く設定できる。この結果、同一のヒーター装置で多数のプロセスに使用することが可能になる。
【００３１】
さらに、金属プレート１の表面にエッチング処理にて溝１Ａを形成する第１工程と、ポリイミド溶剤、耐熱エポキシ複合剤、耐熱フェノール複合剤のいずれか一種類の耐熱性高分子剤を前記工程で形成された溝１Ａの内部に塗布して基盤層２を形成する第２工程と、溝１Ａ内部の基盤層２の上に発熱用の金属箔３をホットプレスする第３工程と、前記金属箔の上面と前記金属プレートのエッチングされていない表面とを前記耐熱性高分子剤で一体にオーバーコート後熱硬化して被覆層４を形成する第４工程とから成る製造方法としたので、間隙空気層のない均一で且つ温度分布にバラ付きの無い薄い絶縁体層を形成させ、絶縁不良などの不具合を解消した。
【００３２】
このように本発明によると、絶縁層を均一に形成することが可能で、絶縁不良などの不具合を解消し、使用可能な温度幅も広く設定できるように改善されるなどといった有益な種々の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明ヒーター装置の一実施を示す要部概略断面図である。
【図２】本発明製造方法の第１工程を示す要部概略断面図である。
【図３】本発明製造方法の第２工程を示す要部概略断面図である。
【図４】本発明製造方法の第３工程を示す要部概略断面図である。
【図５】本発明製造方法の第４工程を示す要部概略断面図である。
【符号の説明】
１  金属プレート
２  基盤層
３  金属箔
４  被覆層
【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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