(57)【要約】【課題】ウェハ加熱装置の温度がばらつき、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複数の抵抗発熱体ゾーンを備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体ゾーンの抵抗発熱体に独立して電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースとからなり、中心部に円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側に同心円の３つの円環内に抵抗発熱体ゾーンを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミック体の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、その内部または他方の主面に帯状の抵抗発熱体を配設し、該帯状の抵抗発熱体の帯は略同一の幅を有する円弧状の帯と折り返し円弧状の帯とを連続させて略同心円状に配設され、同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離が半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離よりも小さいことを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項２】
上記同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離が半径方向に隣合う円弧状の帯の間の距離の３０％〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ加熱装置。
【請求項３】
独立して加熱できる複数の帯状の抵抗発熱体を配設し、少なくとも一つの上記抵抗発熱体は、同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離が半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ加熱装置。
【請求項４】
上記複数の抵抗発熱体の全てが、同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離が半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離よりも小さいことを特徴とする請求項３記載のウェハ加熱装置。
【請求項５】
上記抵抗発熱体は、同心円状に独立して加熱できる複数の発熱体からなり、同心円状の最外周の抵抗発熱体の帯とその内側の帯との間隔が、前記最外周の独立した抵抗発熱体を除く抵抗発熱体の同心円状の帯の間隔より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項６】
板状セラミックス体の一方の主面に複数の抵抗発熱体ゾーンを備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体ゾーンの抵抗発熱体に独立して電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースとを有し、上記抵抗発熱体ゾーンは、中心部に備えた円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項７】
上記中心部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ１は、最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの２０〜４０％であり、その外側の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜５５％であり、その外側の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３は外径Ｄの５５〜８５％であることを特徴とする請求項６に記載のウェハ加熱装置。
【請求項８】
上記外径Ｄ１の外側の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ２２は上記外径Ｄの３４〜４５％であり、上記外径Ｄ２の外側の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３３は上記外径Ｄの５５〜６５％であり、上記外径Ｄ３の外側の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ０は上記外径Ｄの８５〜９３％であることを特徴とする請求項７に記載のウェハ加熱装置。
【請求項９】
最外周の抵抗発熱体ゾーンと該最外周の抵抗発熱体ゾーンの内側の抵抗発熱体ゾーン内にそれぞれ複数の抵抗発熱体を備え、同一の抵抗発熱体ゾーン内の各円弧状パターンの境界がなす中心角が、最外周の抵抗発熱体ゾーンとその内側の抵抗発熱体ゾーンで異なることを特徴とする請求項３〜８の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１０】
上記抵抗発熱体ゾーン内の複数の円弧状パターン間の周方向の間隔が、上記抵抗発熱体の半径方向の間隔より小さいことを特徴とする請求項３〜９の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１１】
前記外径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有する３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンのうち、最も内側の抵抗発熱体ゾーンは、一つの独立した抵抗発熱体であり、その外側に円環の抵抗発熱体を備え、その外側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状であり、その外側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を円周方向に４等分した４個の扇状であることを特徴とする請求項６〜１０の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１２】
上記中心部の抵抗発熱体ゾーンとその外側の環状の抵抗発熱体を直列或いは並列に接続して同時に温度制御できることを特徴とする請求項６〜１１の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１３】
上記中心部の抵抗発熱体ゾーンとその外側の環状の抵抗発熱体の間に上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔を備えることを特徴とする請求項６〜１２の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１４】
前記抵抗発熱体ゾーンの外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９７％であることを特徴とする請求項６〜１３の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１５】
前記最外周の抵抗発熱体の帯の幅が、その内側の他の抵抗発熱体ゾーンの帯の幅よりも小さいことを特徴とする請求項６〜１４の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【請求項１６】
前記抵抗発熱体ゾーンを囲む外接円の面積に対し、上記外接円内に占める抵抗発熱体の面積の比率が５〜３０％であることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載のウェハ加熱装置。
【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加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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加熱装置が用いられている。
【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枚ずつ加熱する枚様式とがあり、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、ウェハ加熱装置が広く使用されている。
【０００４】
このようなウェハ加熱装置として、例えば特許文献１、特許文献２や特許文献３には、図５に示すようなウェハ加熱装置が提案されている。
【０００５】
このウェハ加熱装置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９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】
ところで、このようなウェハ加熱装置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ためには、ウェハの温度分布を均一にすることが重要である。その為、これまでウェハの面内の温度差を小さくするため、抵抗発熱体７５を分割し独立して温度を制御することが行われている。
【０００８】
特許文献４には、温度制御しやすい抵抗発熱体ブロックを複数備えたウェハ加熱装置が開示されている。この抵抗発熱体は図６に示すように中心から放射状に４等分されたブロックを形成している。また、図７に示すように、外周部の抵抗発熱体は４つのブロックに分かれ、中心部の抵抗発熱体は円形のブロックに分かれたウェハ加熱装置が開示されている。
【０００９】
また、特許文献５には、図８に示すように、同一の矩形状の平面形状を備え、互いに独立にまたは複数個づつ組み合わされて制御される８個の抵抗発熱体から構成され、その内４個の抵抗発熱体は、ウェハの周縁部を円周方向に４等分した円弧にそれぞれ対抗する位置に、矩形の長辺が前記円弧の中央を通るウェハの半径方向に対して垂直になる様に配置され、他の４個の抵抗発熱体は、前記４個の抵抗発熱体の内、円周方向で互いに１８０度離れた位置を占めるいずれかの２個の抵抗発熱体の中間に、それらに対して平行に並べて配置されたウェハ加熱装置が開示されている。
【００１０】
更に、特許文献６には、円形の板状セラミックス体に複数の抵抗発熱体を備え、最外周の抵抗発熱体をサインカーブとした花柄形状や、特許文献７、８や特許文献９のように最外周の抵抗発熱体を矩形形状としたウェハ加熱装置が開示されていた（図１０、図１１、図１２参照）。
【００１１】
また、特許文献１０には抵抗発熱体の帯のコーナ部を円弧状としたウェハ加熱装置が開示されていた。
【００１２】
しかし、いずれも非常に複雑で微妙な構造、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更に均一に加熱できるようなウェハ加熱装置が求められていた。
【特許文献１】特開２００１−２０３１５６号公報
【特許文献２】特開２００１−３１３２４９号公報
【特許文献３】特開２００２−７６１０２号公報
【特許文献４】特開平１１−１２１３８５号公報
【特許文献５】特開平１１−３５４５２８号公報
【特許文献６】特開平１３−６８５２号公報
【特許文献７】特開平１３−２２３２５７号公報
【特許文献８】特開平１３−２６７０４３号公報
【特許文献９】特開平１１−１９１５３５号公報
【特許文献１０】特開平１４−２３１７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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。
【００１４】
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、ウェハを熱処理装置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。
【００１５】
しかしながら、特許文献３や特許文献５に紹介されている装置では、板状セラミックス体の抵抗発熱体が形成された領域に相当する表面領域の内側に、半導体ウェハを直接或いは表面から一定の距離離間させて載置する領域が存在するウェハ加熱装置が示されているが、ウェハの面内の温度差は０．５〜１℃と大きく、しかも板状セラミックス体の外周の低温領域の影響が大きく温度が安定するまでの応答時間が大きくなる虞があった。
【００１６】
また、特許文献４に記載のウェハ加熱装置では図６に示した抵抗発熱体ゾーンでは、ウェハＷの周辺部と中心部の温度差を調整することができない虞があり、図７に示す抵抗発熱体ゾーンでは外周部と中心部の温度差を調整できてもその中間部の温度を調整できない虞があった。
【００１７】
更に、何れも金属製のヒータであり、ウェハＷを均一に加熱したり、ウェハＷを急速に昇温したり急速に降温させる時間が大きくなる虞があった。
【００１８】
また、特許文献８に記載のウェハ加熱装置は、板状セラミックス体の周辺部の放熱による温度低下を補い最外周の抵抗発熱体を加熱しても、抵抗発熱体や板状セラミックス体の周辺の装置配置による左右前後のバランスを調整することができないことから、ウェハＷ面内の温度差を０．５℃以内に収めることは困難を極めた。
【００１９】
また、特許文献６や特許文献７に記載の抵抗発熱体は最外周の抵抗発熱体の発熱密度を高めるこのができても、その内側において、抵抗発熱体の左右のバランスを調整できないことからウェハＷの面内温度差を小さくすることができないとの問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、板状セラミック体の一方の主面をウェハを載せる載置面とし、その内部または他方の主面に帯状の抵抗発熱体を配設し、上記帯状の抵抗発熱体の帯は略同一の幅を有する円弧状の帯と折り返し円弧状の帯とを連続させて略同心円状に配設され、同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離を半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離よりも小さいことを特徴とする。
【００２１】
また、上記同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離が半径方向に隣合う円弧状の帯の間の距離の３０％〜８０％であることを特徴とする。
【００２２】
また、独立して加熱できる複数の帯状の抵抗発熱体を配設し、少なくとも一つの上記抵抗発熱体は、同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離が半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離よりも小さいことを特徴とする。
【００２３】
また、上記複数の抵抗発熱体の全てが、同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離が半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離よりも小さいことを特徴とする。
【００２４】
また、上記抵抗発熱体は、同心円状に独立して加熱できる複数の発熱体からなり、同心円状の最外周の抵抗発熱体の帯とその内側の帯との間隔が、前記最外周の独立した抵抗発熱体を除く抵抗発熱体の同心円状の帯の間隔より小さいことを特徴とする。
【００２５】
また、板状セラミックス体の一方の主面に複数の抵抗発熱体ゾーンを備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体ゾーンの抵抗発熱体に独立して電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースとを有し、上記抵抗発熱体ゾーンは、中心部に備えた円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなることを特徴とする。
【００２６】
また、上記中心部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ１は、最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの２０〜４０％であり、その外側の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜５５％であり、その外側の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３は最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの５５〜８５％であることを特徴とする。
【００２７】
また、上記外径Ｄ１の外側の抵抗発熱体ゾーン４ｂの内径Ｄ２２は上記外径Ｄの３４〜４５％であり、上記外径Ｄ２の外側の抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄの内径Ｄ３３は上記外径Ｄの５５〜６５％であり、上記外径Ｄ３の外側の抵抗発熱体ゾーン４ｅ〜４ｈの内径Ｄ０は上記外径Ｄの８５〜９３％であることを特徴とする。
【００２８】
また、最外周の抵抗発熱体ゾーン４ｅ〜４ｈと、内側の抵抗発熱体ゾーン内４ｃ、４ｄにそれぞれ複数の抵抗発熱体５を備え、同一の抵抗発熱体ゾーン４内の各円弧状パターンの境界がなす中心角が、最外周の抵抗発熱体ゾーン４ｅ〜４ｈとその内側の抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄで異なることを特徴とする。
【００２９】
また、上記抵抗発熱体ゾーン４内の複数の円弧状パターン間の周方向の間隔が、上記抵抗発熱体５の半径方向の間隔より小さいことを特徴とする。
【００３０】
また、前記外径Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有する３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンのうち、最も内側の抵抗発熱体ゾーンは、一つの独立した抵抗発熱体であり、その外側に円環の抵抗発熱体を備え、その外側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状であり、その外側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を円周方向に４等分した４個の扇状であることを特徴とする。
【００３１】
また、上記中心部の抵抗発熱体ゾーンとその外側の環状の抵抗発熱体を直列或いは並列に接続して同時に温度制御できることを特徴とする。
【００３２】
また、上記中心部の抵抗発熱体ゾーンとその外側の環状の抵抗発熱体の間に上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔を備えることを特徴とする。
【００３３】
また、前記抵抗発熱体ゾーンの外接円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９７％であることを特徴とする。
【００３４】
また、前記最外周の抵抗発熱体の帯の幅が、その内側の他の抵抗発熱体ゾーンの帯の幅よりも小さいことを特徴とする。
【００３５】
また、前記抵抗発熱体ゾーンを囲む外接円の面積に対し、上記外接円内に占める抵抗発熱体の面積の比率が５〜３０％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３６】
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複数の抵抗発熱体ゾーンを備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体ゾーンの抵抗発熱体に独立して電力を供給する給電部と、該給電部を囲む金属ケースとからなり、中心部に円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側に同心円の３つの円環内に抵抗発熱体ゾーンを備えるとウェハ面内の温度差が小さく温度応答特性の優れたウェハ保持部材が得られる。
【００３７】
また、中心部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ１はその最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの２０〜４０％であり、その外側の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜５５％であり、最外周の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３は最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの５５〜８５％とすることによりウェハ面内の温度差が小さく温度応答特性の優れたウェハ保持部材が得られる。
【００３８】
前記ウェハ加熱装置において、中心部の円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側の円環を並列或いは直列接続した抵抗発熱体ゾーンを備え、その外側の円環内にそれぞれ対抗する位置で円環を円周方向に２分した扇状の２個の抵抗発熱体ゾーンからなり、更にその外側の円環内にそれぞれ対抗する位置で円環を円周方向に４分した扇状の４個の抵抗発熱体ゾーンとすることでウェハの面内温度差の小さい均熱性の高いウェハ加熱装置が得られる。
【００３９】
また、抵抗発熱体ゾーン４同士の間に抵抗発熱体５の空白域を円環状に設けることが可能性である。この円環状の空白域にウェハＷ等の被加熱物を支持する支持ピン８や給電部６を設けることでウェハ面内の温度バラツキを大きくすることなくウェハＷを加熱することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００４１】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。また、抵抗発熱体５を複数のゾーンに分割する場合、それぞれのゾーンの温度を独立に制御することにより、各給電部６の給電端子１１に電力を供給し、各測温素子２７の温度が各設定値となるように給電端子１１に加える電力を調整し、載置面３に載せたウェハＷの表面温度が均一となるようにしている。
【００４４】
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、ロウ付け等の手法を用いてもよい。
【００４５】
本発明のウェハ加熱装置１は、板状セラミック体２の内部または主面に形成された帯状の抵抗発熱体５の形が、図２に示すようにほぼ同一線幅を有する円弧状の帯５ｉ〜５ｐと折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖとを連続させて略同心円状に構成してある。即ち、抵抗発熱体５はほぼ等間隔で略同心円を構成するように配置した半径の異なる円弧状の帯５ｉ〜５ｐと、半径方向に隣合う円弧状の帯５ｉ〜５ｐ同士を接続して直列回路を形成する折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖとからなり、円弧状の帯５ｉ，５ｊの端部を給電部６としてある。その為、円弧状の帯５ｉと円弧状の帯５ｊ、円弧状の帯５ｋと円弧状の帯５ｍ、円弧状の帯５ｎと円弧状の帯５ｏ、及び円弧状の帯５ｐがそれぞれ円を構成するように配置され、各円が同心円状に配置されていることから、抵抗発熱体５を発熱させれば、載置面３の温度分布を中心から周縁部に向かって同心円状に分布させることができる。
【００４６】
また、半径方向に隣合う円弧状の帯５ｉ，５ｊと円弧状の帯５ｋ，５ｍ、円弧状の帯５ｋ，５ｍと円弧状の帯５ｎ，５ｏ、円弧状の帯５ｎ，５ｏと円弧状の帯５ｐとの距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６をそれぞれほぼ等間隔に配置してあることから、各円弧状の帯５ｉ〜５ｐにおける単位体積当たりの発熱量を等しくすることができるため、載置面３における半径方向の発熱ムラを抑えることができる。
【００４７】
さらに、同一円周上に位置する一対の折り返し小円弧状の帯５ｑと折り返し小円弧状の帯５ｒ、折り返し円弧状の帯５ｓと折り返し小円弧状の帯５ｔ、折り返し小円弧状の帯５ｕと折り返し小円弧状の帯５ｖとの各距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、半径方向に隣合う円弧状パターン５ｉ〜５ｐ間の各距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６に対応して小さくすることが重要である。
【００４８】
即ち、載置面３の均熱性を高めるためには、円弧状の帯５ｉ〜５ｐだけでなく、折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖにおける単位体積当たりの発熱量も等しくする必要があり、通常同一円周上に位置する一対の折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖ間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ は、半径方向に隣合う円弧状の帯５ｉ〜５ｐ間の距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６と同じ距離となるように設計されるが、このようなパターン形状では円弧状の帯５ｉ〜５ｐと折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖとの折り返し部Ｐ５の周辺の発熱密度が小さくなるために、折り返し部Ｐ５の外側の温度が低下し、ウェハＷの面内温度差が大きくなり均熱性が損なわれることになる。これに対し、本発明は同一円周上に位置する一対の折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖ間の各距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ を、半径方向に隣合う円弧状の帯５ｉ〜５ｐ間の各対応する距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６より小さくしてあることから、折り返し部Ｐ５の発熱量が相対する折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖからの発熱で補われ、折り返し部Ｐ５での温度低下を抑えることができるため、載置面３に載せたウェハＷの面内温度差を小さくすることができ、均熱性を高めることができる。
【００４９】
特に、円周上に位置する一対の折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖ間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を、半径方向に隣合う円弧状の帯５ｉ〜５ｐ間の各対応する距離Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６の３０％〜８０％とすれば、載置面３における均熱性を最も高めることができる。更に好ましくはＬ１、Ｌ２、Ｌ３の夫々は対応するＬ４、Ｌ５、Ｌ６の４０〜６０％であると良い。
【００５０】
また、本発明の抵抗発熱体５は円弧状の帯５ｉ〜５ｐと折り返し小円弧状の帯５ｑ〜５ｖからなることで、従来の矩形の折り返し抵抗発熱体と比べエッジ部に過度の応力が働く虞が少なく、ウェハ加熱装置１を急激に温度上昇や低下しても板状セラミックス体２や抵抗発熱体５が破損する虞が小さくなり信頼性の高いウェハ加熱装置１を提供できる。
【００５１】
また、上記の抵抗発熱体５は板状セラミックス体に埋設された場合には効果が大きいとともに、板状セラミックス体２の他方の主面に帯状の抵抗発熱体５を配設した場合にも同様の効果がある。特に、他方の主面に帯状の抵抗発熱体５が形成された場合にはその抵抗発熱体５の上にオーバコートした絶縁膜を形成された場合に板状セラミック体２や抵抗発熱体５が破損することを防止する効果が大きく好ましい。
【００５２】
また、上記抵抗発熱体は、同心円状に独立して加熱できる複数の発熱体からなり、同心円状の最外周の抵抗発熱体の帯とその内側の帯との間隔が、前記最外周の独立した抵抗発熱体を除く抵抗発熱体の同心円状の帯の間隔より小さいことを特徴とする。このように抵抗発熱体５を形成することで、板状セラミックス体２の外周部からより多く放散される熱の補充が容易となり、ウェハＷ面の周辺の温度低下を防止できることからより好ましい。
【００５３】
また、本発明のウェハ加熱装置１は、ウェハＷの載置面３に対応して同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーン４に分割することがより好ましい。円板状のウェハＷの表面を均一に加熱するにはウェハＷ周辺の雰囲気やウェハＷに対抗する壁面やガスの流れの影響を受けるが、円板状のウェハＷの表面温度をばらつかせないために、ウェハＷの周囲や上面の対抗面や雰囲気ガスの流れはウェハＷに対し中心対称となるように設計されているからである。ウェハＷを均一に加熱するにはウェハＷに対し中心対称な上記環境に合わせたウェハ加熱装置１が必要で、載置面３を中心対称に分割し抵抗発熱体ゾーン４を形成することが好ましい。
【００５４】
特に、３００ｍｍ以上のウェハＷの表面温度を均一に加熱するには同心円の円環状の抵抗発熱体ゾーンは３つであることが好ましい。
【００５５】
図３（ａ）は本発明の抵抗発熱体ゾーン４を示す。抵抗発熱体ゾーン４は、板状セラミックス体２の一方の主面に複数の抵抗発熱体ゾーン４を備え、中心部に円形の抵抗発熱体ゾーン４ａと、その外側の同心円の３つの円環内に抵抗発熱体ゾーン４ｂ、４ｃｄと、抵抗発熱体ゾーン４ｅｈとを備える。ウェハＷの均熱性を改善するため、抵抗発熱体５を４個の抵抗発熱体ゾーンに対応して分割している。
【００５６】
また、本発明の前記ウェハ加熱装置１の中心部の抵抗発熱体ゾーン４ａの外径Ｄ１は外周部の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの外径Ｄの２０〜４０％であり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｂｃの外径Ｄ２は外周部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの４０〜５５％であり、最外周の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３は最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの５５〜８５％とするとウェハＷの面内温度差を小さくすることができ好ましい。
【００５７】
尚、外周部の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの外径Ｄとは、板状セラミックス体２の他方の主面に平行な投影面でみて、前記抵抗発熱体ゾーン４ｅｈを構成する抵抗発熱体５ｅｈを囲む外接円の直径である。また、同様に、抵抗発熱体ゾーン４ｂの外径Ｄ２とは、前記抵抗発熱体ゾーン４ｂを構成する抵抗発熱体５ｂに外接する円の直径である。また、Ｄ３は、抵抗発熱体５ｃｄに内接する円の直径である。尚、外接円は給電部に接続する抵抗発熱体の突出部は除き同心円状の円弧に沿って求めることができる。
【００５８】
外径Ｄ１がＤの２０％未満では中心部の抵抗発熱体ゾーン４ａの外径が小さ過ぎることから抵抗発熱体ゾーン４ａの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン４ａの中心部の温度が上がらず中心部の温度が低下する虞があるからである。また、外径Ｄ１が４０％を越えると中心部の抵抗発熱体ゾーン４ａの外径が大き過ぎることから、中心部の温度を上げた際に抵抗発熱体ゾーン４ａの周辺部の温度も上がり、抵抗発熱体ゾーン４ａの周辺部の温度が高くなり過ぎる虞があるからである。尚、好ましくは、外径Ｄ１はＤの２０〜３０％であり、更に好ましくは、外径Ｄ１はＤの２３〜２７％とすることでウェハＷの面内温度差を更に小さくすることができる。
【００５９】
また、外径Ｄ２が外径Ｄの４０％未満では、ウェハ加熱装置１の周辺部が冷却され易いことから、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうと抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの発熱量を増大した際に、ウェハＷの中心に近い抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの内側の温度が高くなり、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があった。また、外径Ｄ２が外径Ｄの５５％を越えると、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうと抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの温度は上がるが、ウェハＷ周辺の温度の低下の影響が抵抗発熱体ゾーン４ｂに達し、抵抗発熱体ゾーン４ｂの外側の温度が低くなる虞があった。好ましくは、外径Ｄ２が外径Ｄの４１％〜５３％であり、更に好ましくは４３〜４９％とするとウェハＷの面内温度差は更に小さくできた。
【００６０】
また、外径Ｄ３が外径Ｄの５５％未満では、ウェハ加熱装置１の周辺部が冷却され易いことから、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうと抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの発熱量を増大した際に、ウェハＷの中心に近い抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの内側の温度が高くなり、ウェハＷの面内温度差が大きくなる虞があった。また、外径Ｄ３が外径Ｄの８５％を越えると、ウェハＷ周辺の温度の低下を防ごうと抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの温度は上がるが、ウェハＷ周辺の温度の低下の影響が抵抗発熱体ゾーン４ｃｄに達し、抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの外側の温度が低くなる虞があった。好ましくは、外径Ｄ３が外径Ｄの６５％〜８５％であり、更に好ましくは６７〜７０％とするとウェハＷの面内温度差は更に小さくできた。
【００６１】
更に、上記のように複数の抵抗発熱体５からなるウェハ加熱装置１は、周囲の環境から生じる左右前後の微妙な非対称性や、対称な発熱体の厚みバラツキを補正できるとともに、ウェハＷの面内温度差がより小さくなる事がわかった。
【００６２】
以上、抵抗発熱体ゾーン４の外形サイズについて詳説したが、本発明の抵抗発熱体ゾーン４の大きな特徴は、各円環の間に抵抗発熱体５の存在しない空白域を円環状に設けることができる点にある。このように空白域をとることで支持ピン８、貫通孔２６や給電部６を空白域に形成することが可能となり、これらの支持ピン８、貫通孔２６や給電部６による温度バラツキの発生を防止することが容易となりウェハ面内の温度差が大きくなる虞が小さくなり好ましい。
【００６３】
そして中心の抵抗発熱体ゾーン４ａの中心側の外形Ｄ１の抵抗発熱体ゾーン４の内径Ｄ１１は、直径Ｄの５〜１０％とすることができることから直径Ｄ１１の範囲に例えば支持ピン８を設けることができ、支持ピン８によるウェハ面内の温度低下等を防止できる。
【００６４】
また、上記外径Ｄ２の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ２２は上記外径Ｄの３４〜４５％であり、上記外径Ｄ３の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３３は上記外径Ｄの５５〜６５％であり、上記外径Ｄの抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ０は上記外径Ｄの８５〜９３％であることが好ましい。
【００６５】
板状セラミックス体２の中心から２つ目の抵抗発熱体ゾーン４ｂの内径Ｄ２２は直径Ｄの３４〜４５％とすることが好ましいのは、このように設定することで円環４ａと４ｂの間に直径の１〜２２％程度の円環状の抵抗空白域を設けることができることからこの領域にリフトピン２５等を配設してもウェハ面内の温度低下等を最小限に防止することができる。更に好ましくは内径Ｄ２２が直径Ｄの３６〜４１％である。このように構成することで第１の抵抗発熱体と第２の抵抗発熱体との間に上記板状体を貫通する貫通孔を備えることができる。
【００６６】
また、抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの内径Ｄ３３は、直径Ｄの５５〜６５％に設定することが好ましい。そして、抵抗発熱体ゾーン４ｂと抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの間に抵抗発熱体空白域を環状に設けることができる。この環状域に各抵抗発熱体へ給電する給電部６を設けることができることから給電部６の配設によりウェハＷ表面のクールスポット等の発生を防ぐことができる。更に好ましくは内径Ｄ３３は直径Ｄの５８〜６３％である。
【００６７】
更に、抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの内径Ｄ０は、直径Ｄの８５〜９３％とすることが可能である。従って、抵抗発熱体ゾーン４ｅｈと抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの間に抵抗発熱体の空白域を円環状に設けることが可能性である。この円環状の空白域にウェハＷ等の被加熱物を支持する支持ピン８や給電部６を設けることでウェハ面内の温度バラツキを大きくすることなくウェハＷを加熱することが容易となる。更に好ましくは、内径Ｄ０は、直径Ｄの９０〜９２％である。
【００６８】
また、上記のように複数の円環状に配設された抵抗発熱体５からなるウェハ加熱装置１において、周囲の環境から生じる左右前後の微妙な非対称性や、帯状の抵抗発熱体の製法上からの制約から例えばスクリーン印刷では大型の抵抗発熱体を印刷すると左右の厚みバラツキが大きくなる虞があった。このような使用環境や製法上の制約から上記の環状のゾーンを分割するとウェハの面内温度差がより小さくなり好ましいことが分かった。
【００６９】
図３（ｂ）は、本発明のウェハ加熱装置１の円環状のゾーン４を細分したゾーンの１例を示す。４つの円環状の抵抗発熱体ゾーン４ａ、４ｂ、４ｃｄ、４ｅｈのうち、内側の抵抗発熱体ゾーン４ａ、４ｂは円環からなり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状の抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄであり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈは、円環を円周方向に４等分した４個の扇状の抵抗発熱体ゾーン４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈからなっていることがウェハＷの表面温度を均一にする上で好ましい。
【００７０】
上記ウェハ加熱装置１の各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｈは独立して発熱でき、各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｈに対応して独立した抵抗発熱体５ａ〜５ｈを備えていることが好ましい。
【００７１】
また抵抗発熱体ゾーン４ａ、４ｂはウェハ加熱装置１の外部環境でもある設置場所が頻繁に変更がなければ並列に接続し一つの回路として制御することもできる。このような構成とするのは、抵抗発熱体ゾーン４ａ、４ｂの間に所定の間隔を設定できることから、ウェハＷを持ち上げるリフトピンが貫通する貫通孔２６を設置することができるからである。
【００７２】
上記中央部の抵抗発熱体５ａとその外側のゾーン４ｂとの間に上記板状体を貫通する貫通孔２６を備えることで貫通孔２６によるウェハ温度の低下を防止してウェハＷ面内温度差が小さくなり好ましいことが分かる。
【００７３】
尚、円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄ、４ｅｈはそれぞれ放射方向に２分割、４分割したが、これに限るものではない。
【００７４】
図３（ｂ）の抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄの境界線は直線であるが、必ずしも直線である必要はなく、波線であっても良く、抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄが同心円の発熱体抵抗ゾーンの中心に対して中心対称であることが好ましい。
【００７５】
同様に、抵抗発熱体ゾーンの４ｅと４ｆ、４ｆと４ｇ、４ｇと４ｈ、４ｈと４ｅとのそれぞれの境界線も必ずしも直線である必要はなく、波線で有っても良く、同心円の抵抗発熱体ゾーンの中心に対して中心対称であることが好ましい。
【００７６】
そしてまた、抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄの境界線と抵抗発熱体ゾーン４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈの境界線が直線状に位置しないことが好ましい。直線状に位置しないことで境界線付近の低温スポットの発生を防ぐことが可能となるからである。
【００７７】
つまり、本発明のウェハ加熱装置１は、板状体２の一方の主面を被加熱物の加熱面３とし、その内部または他方の主面に上記加熱面３に対向する中央部の抵抗発熱体５と、その周りに複数の環状の抵抗発熱体ゾーン４内に形成された抵抗発熱体５を配設したヒータにおいて、最外周の環状の抵抗発熱体ゾーンとその内側の抵抗発熱体ゾーン内にそれぞれ複数の抵抗発熱体５を備え、同一抵抗発熱体ゾーン内の各抵抗発熱体５の境界を示す中心角（α１、α２）、（β１、β２）が、最外周の抵抗発熱体ゾーンとその内側の抵抗発熱体ゾーンとで異なると、境界線付近のウェハＷ面内にクールスポットが発生することがなくウェハ面内の温度差を小さくすることができる。
【００７８】
境界を挟む中心角が異なる点について詳説する。図３（ｂ）は本発明の抵抗発熱体ゾーンの一例であるが、抵抗発熱体ゾーン４ｃｄ内の境界Ｚｃｄは、板状体の中心を通る基準線Ｌｓから板状体の中心角α１〜α２に挟まれた領域に存在する。一方抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの境界Ｚｅｆは中心角β１〜β２に挟まれた領域に存在する。そして、これらのα１〜α２がβ１〜β２と重ならないことを意味している。つまり、図３（ｂ）のＺｃｄとＺｅｆが直径方向に連続して、α１〜α２とβ１〜β２が重なるとこの領域で抵抗発熱体ゾーン４ｃｄと４ｅｈの間にクールスポットが発生する虞があるからである。このクールスポットが発生しやすい例として図４（ｂ）のような抵抗発熱体５があり、これを防ぐには図４（ａ）のような抵抗発熱体５が好ましい。
【００７９】
尚、同一抵抗発熱体ゾーン内の各抵抗発熱体５の境界において、隣接する抵抗発熱体ゾーンとの境界での中心角であり、境界線が板状体の中心から放射状に無い場合には、境界線の間隔より中心角が大きくなる。
【００８０】
また、本発明のウェハ支持部材１は同一抵抗発熱体ゾーン内の複数の抵抗発熱体５の境界の周方向の間隔Ｌｃｄが、前記抵抗発熱体５の半径方向の間隔Ｌ６、Ｌ７より小さいことが好ましい。または、Ｌ１がＬ４、Ｌ５より小さいことが好ましい。このように構成することにより境界付近に発生するクールスポットの発生を防止することができるからである。
【００８１】
図３（ｂ）は、本発明のウェハ加熱装置１の抵抗発熱体ゾーン４の１例を示す。３つの円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂ、４ｃｄ、４ｅｈのうち、最も内側の抵抗発熱体ゾーン４ｂは、円環からなる抵抗発熱体ゾーン４ｂであり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄは、円環を円周方向に２等分した２個の扇状の抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄであり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈは、円環を円周方向に４等分した４個の扇状の抵抗発熱体ゾーン４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈからなっていることがウェハＷの表面温度を均一にする上で好ましい。
【００８２】
上記ウェハ加熱装置１の各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｇは独立して発熱でき、各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｇに対応して抵抗発熱体５ａ〜５ｇを備えていることが好ましい。
【００８３】
しかし、ゾーン４ａとゾーン４ｂはウェハ加熱装置１の外部環境でもある設置場所が頻繁に変更がなければ並列または直列に接続し一つの回路として制御することもできる。このような構成とするのは、ゾーン４ａと４ｂの間に所定の間隔を設定できることから、ウェハＷを持ち上げるリフトピンが貫通する貫通孔を設置することができることから好ましい。
【００８４】
尚、円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄ、４ｅｈはそれぞれ放射方向に２分割、４分割したが、これに限るものではない。
【００８５】
図３（ｂ）の抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄの境界線は直線であるが、必ずしも直線である必要はなく、波線であっても良く、抵抗発熱体ゾーン４ｃ、４ｄが同心円の発熱体ゾーンの中心に対して中心対称であることが好ましい。
【００８６】
同様に、抵抗発熱体ゾーンの４ｅと４ｆ、４ｆと４ｇ、４ｇと４ｈ、４ｈと４ｅとのそれぞれの境界線も必ずしも直線である必要はなく、波線で有っても良く、同心円の発熱体ゾーンの中心に対して中心対称であることが好ましい。
【００８７】
上記の各抵抗発熱体５を印刷法等で作製し、抵抗発熱体５の帯は１〜５ｍｍの巾で厚みが５〜５０μｍで形成することが好ましい。一度に印刷する印刷面が大きくなると印刷面の左右や前後でスキージとスクリーンとの間の圧力の違いから印刷厚みが一定とならない虞が生じる。特に、抵抗発熱体５の大きさが大きくなると、抵抗発熱体５の左右前後の厚みが異なり設計した発熱量がバラツク虞があった。発熱量がバラツクとウェハＷの面内温度差が大きくなり好ましくない。この抵抗発熱体の厚みのバラツキから生じる温度バラツキを防ぐには、一つの抵抗発熱体からなる外径の大きな個々の抵抗発熱体５を分割することが有効である事が判明した。
【００８８】
そこで、ウェハＷ載置面３の中心部を除く同心円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｃｄは左右に２分割し、更に大きな円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈは４分割することで抵抗発熱体ゾーン４にある抵抗発熱体５の印刷する大きさを小さくすることができることから、抵抗発熱体５の各部の厚みを均一にすることができ、更にウェハＷの前後左右の微妙な温度差を補正しウェハＷの表面温度を均一にすることができる。また、更に各抵抗発熱体５の帯の抵抗値を微調整するためには、抵抗発熱体に沿って、レーザ等で長溝を形成し抵抗値を調整することもできる。
【００８９】
尚、図４に示す抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈのパターンは夫々折り返しパターンからなる。
【００９０】
また、本発明のウェハ加熱装置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を備えたウェハ加熱装置１であって、図４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５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ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の帯５１とこれらと連続して繋がっている連結パターンである小円弧状の帯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９０〜９７％であることが好ましい。
【００９１】
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。
【００９２】
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９７％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９２〜９５％である。
【００９３】
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の外径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９１〜９５％であり、更に好ましくは９２〜９４％である。
【００９４】
更に、本発明のウェハ加熱装置１において、例えば図４の抵抗発熱体５の外接円Ｃと接する円弧状パターン５１と、該円弧状の帯５１と連続して繋がった連結パターンである小円弧状の帯５２とを備え、前記外接円Ｃの一部に前記円弧状のパターンのない空白域Ｐの間隔Ｌ１が、前記板状セラミックス体の直径ＤＰと前記外接円Ｃの直径Ｄとの差（以下、ＬＬと略する）より小さいことが好ましい。間隔Ｌ１がＬＬより大きいと空白域Ｐの熱が板状セラミックス体の周辺部へ流れ空白域Ｐの温度が下がる虞がある。しかし、間隔Ｌ１がＬＬより小さいと空白域Ｐの温度が下がり難く板状セラミックス体２の載置面３に載せたウェハＷの周辺部の一部の温度が低下せずウェハＷ面内の温度差が小さくなり好ましい。
【００９５】
上記空白域Ｐの温度を下げないためには、空白域の温度を上げる必要があり、空白域を加熱する連結パターン５２の抵抗を同等か或いは僅かに大きくして発熱量を増大すると、空白域Ｐの温度が下がる虞が小さくなり、ウェハＷの面内温度が均一となり好ましい。印刷法等で作成した抵抗発熱体５が面状の場合、円弧状パターン５１の線巾Ｗｐより連結パターンである小円弧状の帯５２の線巾Ｗｓを１〜５％小さくすることで連結パターン５２の抵抗を大きくすることができ、連結パターンである小円弧状の帯５２の温度を円弧状パターン５１の温度より高めることでウェハＷの面内温度を均一とすることができる。
【００９６】
また、板厚が１〜７ｍｍの板状セラミックス体２の一方の主面側を、ウェハを載せる載置面３とするとともに、上記板状セラミックス体２の下面に抵抗発熱体５を備えたウェハ加熱装置１において、上記抵抗発熱体５の厚みが５〜５０μｍであるとともに、上記板状セラミックス体２の主面に平行な投影面で見て、上記抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、上記外接円Ｃに占める抵抗発熱体５の面積の比率が５〜３０％であることが好ましい。
【００９７】
即ち、抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率を５％未満とすると、抵抗発熱体５の相対向する対向領域において、対向領域の対向間隔でもあるＬ１、Ｌ２、・・・が大きくなり過ぎることから、抵抗発熱体５のない間隔Ｌ１に対応した載置面３の表面温度が他の部分と比較して小さくなり、載置面３の温度を均一にすることが難しいからであり、逆に抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率が３０％を超えると、板状セラミック体２と抵抗発熱体５との間の熱膨張差を２．０×１０−６／℃以下に近似させたとしても、両者の間に作用する熱応力が大きすぎることから、板状セラミック体２は変形し難いセラミック焼結体からなるものの、その板厚ｔが１ｍｍ〜７ｍｍと薄いこと、から抵抗発熱体５を発熱させると、載置面３側が凹となるように板状セラミック体２に反りが発生する虞がある。その結果、ウェハＷの中心部の温度が周縁よりも小さくなり、温度バラツキが大きくなる虞がある。
【００９８】
なお、好ましくは、抵抗発熱体５を囲む外接円Ｃの面積に対し、外接円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率を７％〜２０％、さらには８％〜１５％とすることが好ましい。
【００９９】
より具体的には、抵抗発熱体５は外周部に相対抗する対抗領域を有し、上記対抗領域の間隔Ｌ１が０．５ｍｍ以上で、上記板状セラミックス体２の板厚の３倍以下であることが好ましい。上記対抗領域の間隔Ｌ１が０．５ｍｍ以下では抵抗発熱体５を印刷し形成する際に抵抗発熱体５の対抗領域でひげ状の突起が発生しその部分が短絡する虞がある。また、上記対抗領域の間隔Ｌ１が板状セラミックス体２の厚みの３倍を越えると、対抗領域Ｌ１に対応するウェハＷの表面にクールゾーンが発生しウェハＷの面内温度差を大きくする虞があるからである。
【０１００】
さらに、このような効果を効率良く発現させるには、抵抗発熱体５の膜厚を５〜５０μｍとすることが好ましい。
【０１０１】
抵抗発熱体５の膜厚が５μｍを下回ると、抵抗発熱体５をスクリーン印刷法で膜厚を均一に印刷することが困難となるからであり、また、抵抗発熱体５の厚みが５０μｍを越えると、外接円ｃに対し、抵抗発熱体５の占める面積の比率を３０％以下としても抵抗発熱体５の厚みが大きく、抵抗発熱体５の剛性が大きくなり、板状セラミック体５の温度変化により抵抗発熱体５の伸び縮みによる影響で板状セラミック体２が変形する虞がある。また、スクリーン印刷で均一の厚みに印刷することが難しくウェハＷの表面の温度差が大きくなったりする虞があるからである。なお、好ましい抵抗発熱体５の厚みは１０〜３０μｍとすることが良い。
【０１０２】
更に詳細な構成について説明する。
【０１０３】
図１は本発明に係るウェハ加熱装置の一例を示す断面図で、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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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、ガス噴射口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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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に流れる量を小さくすることをができる。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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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％より小さいウェハ加熱装置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。
【０１１０】
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口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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
尚、特許文献２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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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口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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
次に、ウェハ加熱装置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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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１９００〜２１００℃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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
本発明の抵抗発熱体５のパターン形状としては、図３や図４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、本願発明のウェハ加熱装置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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
なお、板状セラミック体２の一方の主面には、図１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。
【０１４０】
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加熱装置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。
【実施例１】
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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時間の焼成を行い各種の熱伝導率を有する板状セラミックス体を製作した。
【０１４６】
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３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体を複数枚製作し、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。
【０１４７】
次いで板状セラミックス体の上に抵抗発熱体を被着するため、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の抵抗発熱体を形成した。
【０１４８】
抵抗発熱体ゾーンの配置は、中心部に板状セラミックス体の直径Ｄの２５％の円形の１つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側の円環の抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側に外径がＤの４５％の円環を２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、更に最外周の抵抗発熱体ゾーンの内径がＤの７０％の円環を４つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計８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として試料を作製した。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。尚、本実施例では中心部の抵抗発熱体とその外側の円環状の発熱体は並列接続し同時に加熱制御を行った。
【０１４９】
また、円弧状の帯の間の距離Ｌ１を半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離Ｌ４としてその比率Ｌ１／Ｌ４×１００％として比率を変えたウェハ支持部材を作製した。
【０１５０】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口、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。
【０１５１】
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加熱装置とした。
【０１５２】
尚、接触部材１７の断面はＬ字形状で、環状とした。Ｌ字形状の段部上面と板状セラミックス体の下面と円環状に接触し、板状セラミックス体との接触面の幅は３ｍｍとした。また、接触部材の材質は耐熱性樹脂を用いた。作製した各種のウェハ加熱装置を試料Ｎｏ.１〜９とした。
【０１５３】
作製したウェハ加熱装置の評価は、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。夫々のウェハ加熱装置に電源を取り付け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を取り除き、室温の測温ウェハＷを載置面に載せ、ウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。また、３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間冷却する温度サイクルを１０００サイクル繰り返した後、室温から２００℃に設定し１０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの温度差として測定した。
【０１５４】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【表１】
2005317940.tif 000003
【０１５５】
試料Ｎｏ．１はＬ１／Ｌ４の比率が２０％と小さ過ぎることからウェハの温度差が１．２℃と大きかった。
【０１５６】
また、試料Ｎｏ．９はＬ１／Ｌ４の比率が１２０％と大き過ぎることからウェハの温度差が２．６℃と大きかった。
【０１５７】
一方、同一円周上に位置する一対の折り返し円弧状の帯の間の距離を半径方向に隣合う円弧状パターン間の距離よりも小さい試料Ｎｏ．２〜８はウェハの温度差が０．５℃以下と小さく優れた特性を示すことが分かった。
【０１５８】
また、試料Ｎｏ．３〜５はＬ１／Ｌ４の比率が４０〜６０％であり、ウェハの温度差が０．３９℃以下と小さく更に優れることが分かった。
【実施例２】
【０１５９】
実施例１と同様に板状セラミックス体を製作した。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
抵抗発熱体ゾーン４の配置は、中心部に直径Ｄ１ｍｍの円形の１つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側の円環の抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側に外径Ｄ２（ｍｍ）の円環を２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、更に最外周の抵抗発熱体ゾーンの内径Ｄ３の円環を４つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計８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Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の比率を変えた試料を作製した。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。尚、本実施例では中心部の抵抗発熱体とその外側の円環状の発熱体は並列接続し同時に加熱制御を行った。
【０１６３】
また、比較用として図８の構成の抵抗発熱体ゾーンとし、矩形の発熱体ゾーンの大きさは２１２×５３ｍｍとして、矩形の発熱体ゾーンを８個用いた試料Ｎｏ．３６を作製した。同様に試料Ｎｏ．３７は図７に示す構成の抵抗発熱体ゾーンで、Ｄ1ｒを１５０ｍｍとし、Ｄ２rは３１０ｍｍとした。試料Ｎｏ．３８は図６に示す構成の抵抗発熱体ゾーンの形状とした。試料Ｎｏ．３９は抵抗発熱体ゾーンは円形で１つの抵抗発熱体からなるウェハ加熱装置を作製した。
【０１６４】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口、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。
【０１６５】
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加熱装置とした。
【０１６６】
尚、接触部材１７の断面はＬ字形状で、環状とした。Ｌ字形状の断面の大きさは、板状セラミックス体との接触面の幅が３ｍｍとした。また、接触部材の材質は耐熱性樹脂を用いた。作製した各種のウェハ加熱装置を試料Ｎｏ.１１〜３９とした。
【０１６７】
作製したウェハ加熱装置の評価は、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。夫々のウェハ加熱装置に電源を取り付け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を取り除き、室温の測温ウェハＷを載置面に載せ、ウェハＷの平均温度が２００℃±０．５℃の範囲で一定となるまでの時間を応答時間として測定した。また、３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間冷却する温度サイクルを１０００サイクル繰り返した後、室温から２００℃に設定し１０分後のウェハ温度の最大値と最小値の差をウェハＷの温度差として測定した。
【０１６８】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【表２】
2005317940.tif 000004
【０１６９】
本願発明のウェハ加熱装置１で、中心部に円形の抵抗発熱体ゾーンと、その外側の同心円の３つの円環内に抵抗発熱体ゾーンを備えた試料Ｎｏ.１１〜３５のウェハ加熱装置１はウェハＷの温度差が０．５℃未満で且つ応答時間は４８秒以下と優れていた。また、中心部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ１はその最外周の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄの２０〜４０％であり、外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜５５％であり、外径Ｄ３は外径Ｄの５５〜８５％であるウェハ加熱装置１は、表１の試料Ｎｏ．１２〜１７、１９〜２５、２８〜３４であり、ウェハＷの温度差は０．４３℃以下と小さく、しかも応答時間は３９秒以下と小さく優れた特性を示す事が分った。
【０１７０】
更に、中心部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ１は抵抗発熱体の外接円Ｄの２０〜３０％である試料Ｎｏ．１２〜１５のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３９℃以下と小さく、且つ応答時間も３５秒以下と小さく優れていることが分った。また、外径Ｄ１はＤの２３〜２７％である試料Ｎｏ．１３、１４のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．２８℃以下と小さく応答時間は２８秒以下と小さく更に好ましいことが分った。
【０１７１】
また、外径Ｄ２はＤの４１〜５３％である試料Ｎｏ．２０〜２４のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３９℃以下と小さく応答時間は３４秒以下と小さく好ましいことが分った。また、外径Ｄ２はＤの４３〜４９％である試料Ｎｏ．２１〜２３のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．２９℃以下と小さく応答時間は２８秒以下と小さく更に好ましいことが分った。
【０１７２】
また、外径Ｄ３はＤの５５〜８５％である試料Ｎｏ．２８〜３４のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．４２℃以下と小さく応答時間は３９秒以下と小さく好ましいことが分った。また、外径Ｄ３はＤの６５〜８５％である試料Ｎｏ．３０〜３４のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．３８℃以下と小さく応答時間は３４秒以下と小さく更に好ましいことが分った。また、外径Ｄ３はＤの６７〜７０％である試料Ｎｏ．３１、３２のウェハ加熱装置で、ウェハの温度差が０．２３℃以下と小さく応答時間は２８秒以下と小さく更に好ましいことが分った。
【０１７３】
これらに対し本発明外の試料Ｎｏ．３６〜３９はウェハのい温度差が１．８℃以上と大きく、応答時間も５５秒と大きく好ましくないことが分かった。
【実施例３】
【０１７４】
次に、実施例１の試料Ｎｏ．５の抵抗値で作製されたウェハ加熱装置１１１に関し、抵抗発熱体５の配設位置を変化させて、抵抗発熱体５配設態様とウェハＷ面内の温度差との関係について検証した。
【０１７５】
具体的には、抵抗発熱体５ａ〜５ｈがそれぞれ配設された抵抗発熱体ゾーン４ｂ、４ｃｄ、４ｅｈの内径Ｄ２２、Ｄ３３、Ｄ０の大小関係とウェハＷ面内における温度差との関連を検証するため、板状体２の最も外側に形成された抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの外径Ｄを基準とし、各抵抗発熱体ゾーン４の内径Ｄ２２、Ｄ３３、Ｄ０との長さの比率を変化させ、実施例１と同様の測定方法にてウェハＷ面内における温度差や回復時間を測定した。結果は表３に示すとおりである。
【表３】
2005317940.tif 000005
【０１７６】
表３に示すように、試料Ｎｏ．４２〜４６、４９〜５３、および５６〜６０は、抵抗発熱体ゾーン４ｂの内径Ｄ２２が板状体２の最も外側に形成された抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの外径Ｄの長さに対して３４〜４５％であり、抵抗発熱体ゾーン４ｃｄの内径Ｄ３３が外径Ｄの５５〜６５％であり、抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの内径Ｄ０が外径Ｄの８５〜９３％であったため、何れも過渡時の最大温度差が３．９℃以下と小さく、回復時間が３９秒以下と小さく、ウェハＷの温度差も０．４℃以下と小さくより好ましいことが分かった。更に、昇温過渡時のウェハＷ面内の最大温度差が３．３℃以下で昇温時間が３３秒以下と小さく優れた特性を示した。
【０１７７】
更に、内径Ｄ２２が外径Ｄの３６〜４１％である試料Ｎｏ．４３〜４５や、内径Ｄ３３が外径Ｄの５８〜６３％である試料Ｎｏ．５０〜５２、更に抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの内径Ｄ０が外径Ｄの８８〜９３％である試料Ｎｏ．５７〜５９は、何れも過渡時の最大温度差が２．９℃以下と小さく、回復時間が３４秒以下と小さく、ウェハＷの温度差も０．３４℃以下と小さく、且つ昇温過渡時のウェハＷ面内の最大温度差が３．１℃以下で、昇温時間が３１秒以下と小さく更に好ましいことが分かった。
【０１７８】
更に、内径Ｄ２２が外径Ｄの３７〜４０％である試料Ｎｏ．４４や、内径Ｄ３３が外径Ｄの５９〜６２％である試料Ｎｏ．５１、更に抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの内径Ｄ０が外径Ｄの８９〜９２％である試料Ｎｏ，５８は、何れも過渡時の最大温度差が２．３℃以下と小さく、回復時間が３０秒以下と小さく、ウェハＷの温度差も０．３０℃以下と小さく、昇温時のウェハＷ面内の最大温度差は２．８℃以下で昇温時間も２５秒以下と最も好ましいことが分かった。
【実施例４】
【０１７９】
実施例２と同様に板状セラミックス体を作製した。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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抵抗発熱体を形成し、その外側の円環状の部分に２つの抵抗発熱体を備え、更に最外周に４つのパターンの計８個のパターン構成とした。そして、最外周の４つの抵抗発熱体の外接円Ｃの直径を３１０ｍｍとして、板状セラミックス体２，７２の直径を変えて作製した。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。
【０１８２】
また、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと、側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムとからなり、底面に、ガス噴射口、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。
【０１８３】
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、試料Ｎｏ．１と同様の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加熱装置とした。
【０１８４】
作製したウェハ加熱装置を実施例１と同様に評価した。
【０１８５】
それぞれの結果は表４に示す通りである。
【表４】
2005317940.tif 000006
【０１８６】
表４の試料Ｎｏ．１４５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％と小さくウェハの面内温度差は０．４８℃と大きく、特に応答時間が３５秒とやや大きかった。
【０１８７】
試料Ｎｏ.１５２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％と大きくウェハの面内温度差は０．４２℃とやや大きく、応答時間も３２秒とやや大きいことが分かった。
【０１８８】
これらに対し、試料Ｎｏ.１４６〜１５１はウェハの面内の温度差が０．２８℃以下と小さく、しかも応答時間も２９秒以下と小さく優れていることから、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は、９０〜９７％が優れたウェハ加熱装置であることが分った。
【実施例５】
【０１８９】
実施例１と同様に板状セラミックス体を作製した。
【０１９０】
ただし、ペーストの印刷厚みは２０μｍとし、また、抵抗発熱体を囲む外接円に対し、抵抗発熱体の占める面積の比率を変えたものを用意した。
【０１９１】
そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表５に示す。
【表５】
2005317940.tif 000007
【０１９２】
この結果、試料Ｎｏ.１６０のように、抵抗発熱体を囲む外接円に対し、抵抗発熱体の占める面積の比率が５％を下回る試料は、ウェハの面内の温度差が０．３５℃とやや大きかった。また、試料Ｎｏ.１６７のように、抵抗発熱体を囲む外接円に対し、抵抗発熱体の占める面積の比率が３０％を越えると、ウェハの一部に温度の高いホットエリヤが現れ、ウェハの面内温度差が０．３４℃とやや大きかった。
【０１９３】
これに対し、試料Ｎｏ.１６１〜１６６に示すように、抵抗発熱体の外接円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を５〜３０％とした試料は、ウェハの面内温度差が０．２４℃以下と小さくすることができ、優れていた。
【０１９４】
また、試料Ｎｏ．１６２〜１６５のように、抵抗発熱体の外接円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を１０〜２５％とすることで、ウェハの面内の温度差を０．１９℃以内とすることができ、さらには試料Ｎｏ．１６３、１６４のように、抵抗発熱体の外接円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を１５〜２０％とすることでウェハの面内の温度差を０．１３℃以内にまで低減することができ、特に優れることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１９５】
【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】本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図３】（ａ）（ｂ）は本発明の抵抗発熱体ゾーンの形状を示す概略図である。
【図４】本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図５】従来のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図６】従来の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図７】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図８】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図９】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図１０】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図１１】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図１２】従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１９６】
１、７１：ウェハ加熱装置
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
４：抵抗発熱体ゾーン
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：ガス噴射口
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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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