(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状セラミックスの一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を備えた均熱板と、該均熱板の周囲を支持する金属製の支持体とからなるウエハ加熱装置において、前記支持体内部に設置された複数の支持板からなる多層構造部に、前記発熱抵抗体に電力を供給するための導通端子および／または前記均熱板の温度制御を行なうための温度検知素子を固定し、多層構造部を成す複数の支持板間に、支持板の８０％の直径を持った同心円内の範囲に３〜４個の変形防止部材を備えるとともに、該変形防止部材が筒状体からなり、その貫通孔内にウエハを昇降させるためのリフトピンを挿通したことを特徴とするウエハ加熱装置。
【請求項２】
前記多層構造部が少なくとも２層の支持板からなり、そのうち最も均熱板側に設置された支持板の厚みが１〜４ｍｍであり、開口率が５〜７０％となるような開口部を有し、これと対向して設置された支持板の厚みが２〜７ｍｍであり、開口率が５〜４０％となるような開口部を有することを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
【請求項３】
前記円板状セラミックスが、厚み２〜７ｍｍで、炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１記載のウエハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウエハを加熱するのに用いるウエハ加熱装置に関するものであり、例えば、半導体ウエハや液晶装置あるいは回路基板等のウエハ上に薄膜を形成したり、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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
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きたが、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、一枚づ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回あ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、ウエハ加熱装置に対して、ウエハの加熱時間の短縮、ウエハの吸着・離脱の迅速化と同時に温度精度の向上が要求されてきた。
【０００４】
このうち半導体ウエハ上へのレジスト膜の形成にあたっては、図７に示すようなアルミニウム合金やステンレス鋼等の金属からなる均熱板４２の一方の主面を、ウエハＷを載せる載置面４３とし、他方の主面には複数個のシーズヒータ４４を当接させ、押さえ板４５にて保持してなるウエハ加熱装置４１が用いられていた。ここで、前記均熱板４２は支持枠４７によって保持され、給電部４６から供給される電力によってシーズヒータ４４を発熱させることにより、均熱板４２の温度を調整するようになっていた。
【０００５】
ところが図７に示すウエハ加熱装置４１では、均熱板４２の熱変形を押さえる観点から、その板厚を１５ｍｍ以上と非常に厚くしているため熱容量が大きく、ウエハＷを所定の処理温度に加熱するまでの時間や、処理温度から室温付近に冷却するまでの時間が長くなり生産性が悪かった。
【０００６】
上記のようなウエハ加熱装置の処理温度の時間短縮を目的として、均熱板にセラミックス材料を用いたものが提案されている。例えば、特開平１１−４０３３０号に記載されているセラミックヒーターを均熱板として使用するウエハ加熱装置では、窒化物又は炭化物セラミックからなる板状体の表面に金属粒子を焼結させ発熱抵抗体を形成し、導通用の端子ピンを導電性ペーストにて発熱体表面に取り付けられている。また、温度制御のための熱電対は前記セラミック体に埋め込まれ固定されている。
【０００７】
しかしながら、このようなセラミックヒーターをウエハ加熱装置として使用した場合、加熱冷却の温度サイクルにて繰り返し使用すると、発熱抵抗体上に設けられた端子ピンの固定が不安定となり、そこに電気的な接点不良を発生させ断線してしまうといった問題があった。また、発熱抵抗体上により強固に端子ピンを固定しようと導電ペーストの量を多くすれば、その部分のみが周囲と熱容量の差が生じてしまい、均熱板としてセラミックのヒーターを使用した場合に温度分布が崩れ均熱性に欠けるといった問題もあった。
【０００８】
このような問題を解決するためのウエハ加熱装置として、特開２００１−１８９２７６号には、図８に示すようなウエハ加熱装置１が提案されている。このウエハ加熱装置１は、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、他方の主面にガラス又は樹脂からなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成したものである。このようなウエハ加熱装置１はセラミックからなる均熱板２と金属製の支持部３４有した構造をしており、支持部３４は側壁部３５と多層構造部１０からなる。多層構造部１０には、均熱板２の発熱抵抗体５に給電するための給電部６と導通するための導通端子１１、均熱板２を冷却するためのガス噴射口１２、均熱板２の温度を測定するための熱電対９等が設置されている。
【０００９】
このようなウエハ加熱装置１は、前述の図７に示すようなアルミニウム合金やステンレス鋼等の金属からなる均熱板４２を用いたウエハ加熱装置４１に比べ、熱容量が小さいことや冷却のためのガス噴射口１２を好適に有することからウエハＷの加熱時間の短縮が可能となり、また、ウエハＷの吸着・離脱の迅速化と同時に温度制度の向上といった課題に対して優れた性能をもったものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなウエハ加熱装置には次のような未解決の問題があった。多層構造部には、前記した弾性的に押圧された給電端子や制御用熱電対、冷却ガスを供給するガス噴射口、リフトピンを貫通させるピンガイド等の様々な部材が取り付けられている。ウエハサイズの大型化にともない、高精度の均熱性能を要求されるウエハ加熱装置も、同様に大型化されたために前記給電端子や制御用熱電対の必要本数も大幅に増えてきた。このことから弾性的に押圧される力も大幅に増えてしまい、これらの部材を取り付けた多層構造部が大きく変形してしまう事態が発生するようになってきた。
【００１１】
またそのような多層構造部の変形の影響により、均熱板の内周部と外周部では弾性的に押圧される給電端子や制御用熱電対を押圧する力にばらつきが生じ、給電端子の部分では接触不良を発生させて接触抵抗が増大してしまう場合や、接触不良の状態のまま繰り返し通電すると、給電端子部分がスパークし導通が得られなくなるといった問題が発生することもあった。
【００１２】
また、制御用熱電対の部分では押圧される熱電対の接触状態が不安定なため、均熱板を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができないといった問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円板状セラミックスの一方の主面をウエハの載置面とし、他方の主面もしくは内部に発熱抵抗体を備えた均熱板と、該均熱板の周囲を支持する金属製の支持体とからなるウエハ加熱装置において、前記支持体内部に設置された複数の支持板からなる多層構造部に、前記発熱抵抗体に電力を供給するための導通端子および／または前記均熱板の温度制御を行なうための温度検知素子を固定し、多層構造部を成す複数の支持板間に、支持板の８０％の直径を持った同心円内の範囲に３〜４個の変形防止部材を備えるとともに、該変形防止部材が筒状体からなり、その貫通孔内にウエハを昇降させるためのリフトピンを挿通したことを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記多層構造部が少なくとも２層の支持板からなり、そのうち最も均熱板側に設置された支持板の厚みが１〜４ｍｍであり、開口率が５〜７０％となるような開口部を有し、これと対向して設置された支持板の厚みが２〜７ｍｍであり、開口率が５〜４０％となるような開口部を有することを特徴とする。
【００１７】
そして、前記円板状セラミックスが、厚み２〜７ｍｍの炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする。
【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は本発明に係るウエハ加熱装置１の一例を示す断面図で、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、他方の主面にガラス又は樹脂等からなる絶縁層４を介して発熱抵抗体５を形成したものである。
【００２０】
載置面３の表面には有底孔を有し、その有底孔内にはウエハＷと載置面３の距離を一定に保つために支持ピン８が挿入されている。支持ピン８の数は少なくとも３点以上にて支持できるように３個以上設置してある。また、支持ピン先端はウエハＷに均熱板２からの伝熱を受け部分的に加熱されないように、点接触となるように球形状や針形状に加工してある。
【００２１】
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。
【００２２】
発熱抵抗体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に導通端子１１を押しバネ２１より押圧して接触させることにより、導通が確保されている。
【００２３】
さらに、均熱板２と支持体７の外周にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９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、均熱板２の温度が変動した場合に支持体７が変形しても、上記弾性体１９によってこれを吸収し、これにより均熱板２の反りを抑制し、ウエハ表面に、均熱板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。
【００２４】
なお、金属製の支持体７は内部に複数の支持板１０ａ、１０ｂからなる多層構造部１０を有し、均熱板２はその多層構造部１０に対向する上部を覆うように設置してある。また、多層構造部１０には均熱板２を冷却するためのガス噴射口１２とその冷却ガスを排出するための開口部１４が施されている。
【００２５】
また、均熱板２と対向する支持板１０ａには、発熱抵抗体５に給電するための導通端子１１、均熱板２の温度を測定し制御するための熱電対９を複数設置しており、これらは弾性的に押圧するよう固定してある。
【００２６】
この多層構造部１０間には弾性的に押圧固定することによって生じる多層構造部１０の変形を防止する変形防止部材１３、多層構造部間１０の外周部に設置され多層構造部１０間を固定する支柱１５が設置されている。
【００２７】
さらに、多層構造部１０は複数層からなり、該多層構造部１０の均熱板２に最も近い支持板１０ａは、均熱板２から５〜１５ｍｍの距離に設置することが望ましい。これは、均熱板２と多層構造部１０相互の輻射熱により均熱化が容易となると同時に、他層との断熱効果があるので、均熱となるまでの時間が短くなるためである。
【００２８】
上記変形防止部材１３は多層構造部１０を有する支持板１０ａの８０％の直径を持った同心円内の範囲に、少なくとも１つ以上の略同心円状に３個以上備え、多層構造部１０間に締着固定されていること好ましい。
【００２９】
変形防止部材１３の位置を、支持板１０ａの８０％の直径を持った同心円内の範囲以内とする理由は、例えば変形防止部材１３が中心部に１個だけの場合、中心部付近の多層構造部１０だけ部分的に変形防止効果を得られて、中心部と外周部間においては前述したような変形による問題が残ってしまうためである。また、２個の場合、変形防止部材１３を結ぶ線方向は多層構造部１０の変形防止効果があるが、この線方向に直角な方向は十分な効果を得られず、変形防止部材１３の無い部分においては前述の問題が発生してしまうのである。これより外側のみで多層構造部１０間を固定すると、弾性体にて押圧固定された導通端子１１や熱電対９のバネ力によって、多層構造部１０が変形してしまい、均熱板２の内周部と外周部では弾性的に押圧される導通端子１１や制御用の熱電対９を押圧する力にばらつきが生じ、導通端子１１が接触不良を発生し接触抵抗が増大してしまう場合がある。さらに、このような接触不良の状態のまま繰り返し通電すると、導通端子１１の給電部６との接触部分がスパークし導通が得られなくなってしまうからである。
【００３０】
また、制御用の熱電対９においても押圧される熱電対９の接触状態が不安定なため、均熱板２を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができなくなってしまうからある。
【００３１】
温度ドリフトとはある一定温度に均熱板２の温度を保持した状態で、制御用の熱電対９の検知温度を記録計などに記憶させたときに、均熱板２の温度が一定にも関わらず熱電対の検知温度が変化してしまう現象のことである。このような温度ドリフトが発生する原因としては、熱電対９の接触状態や測定環境によるものが考えられるが、ウエハ加熱装置１などの略密閉状態で加熱され保持したものでは、熱電対９の接触状態の変化が一番の原因であると考えられる。
【００３２】
また、このように多層構造部１０が偏った変形をしたものは、均熱板２にも影響を及ぼしてしまうことも試験の結果あらたに判明した。このようなウエハ加熱装置１においては、均熱板２自体が加熱冷却スピードを速めるために、極力薄くなるように設計されている。こうした場合、弾性的に押圧される均熱板２はそのバネ力により、ウエハＷの載置面３となる方向に凸形状に数百ミクロン変形が生じる。このような均熱板２自体の変形を防止するために、あらかじめバネ力設定値を取り付け位置によって変更するのだが、多層構造部１０が偏った変形を有している場合には、目的の効果が得られずに均熱板２にも偏った変形を発生させてしまう。均熱板２の変形は、ウエハＷと載置面３の距離が部分的に変わることになるため加熱時の温度ばらつきを生じさせる。
【００３３】
この温度ドリフトに関しては、発熱抵抗体５に通電して２５０℃まで加熱し冷却する熱サイクルを１０サイクル掛けた際の初期の温度に対する温度ドリフトが、０．４℃以内となるようにすることが好ましい。さらに好ましくは、０．２℃以内とすると良い。このような温度ドリフトが発生するものは、熱サイクルの数を増やしていくと、温度ドリフトがさらに大きくなる傾向を示す。このような温度ドリフトが発生すると、測定点によって実際の温度を測定できなくなっているにも拘わらず、その指示された温度を基に温度を制御するので、ウエハＷの温度が不均一になってしまう。上記のような多層構造部１０が偏った変形を示すものは、熱処理を加えれば０．４℃を越える温度ドリフトが発生するようになる。これに対し、例えば本発明の請求項１に示したように、支持体７内部に設置された複数の支持板１０ａ、１０ｂからなる多層構造部１０に、前記発熱抵抗体５に電力を供給するための導通端子１１および／または前記均熱板２の温度制御を行なうための温度検知素子９を固定し、多層構造部１０を成す複数の支持板７間に、支持板７の８０％の直径を持った同心円内の範囲に３個以上の変形防止部材１３を備えることにより、温度ドリフトを０．４℃以下にすることができる。また、このような観点から、この温度ドリフトの有無を、ウエハ加熱装置１の性能評価方法として使用することもできる。
【００３４】
また、前記変形防止部材１３の配置については、少なくとも１つの略同心円上に略等間隔に設置することが好ましい。
【００３５】
また、これまで図１に示したような発熱抵抗体５を均熱板２の表面に形成するタイプのウエハ加熱装置１について説明してきたが、発熱抵抗体５は均熱板２に内蔵されていても構わない。
【００３６】
図２を例に説明すると、例えば主成分が窒化アルミニウムからなる均熱板２を用いる場合、まず、発熱抵抗体５の材料としては窒化アルミニウムと同時焼結できる材料という観点から、タングステン又はタングステンカーバイドを用いる。均熱板２は窒化アルミニウムを主成分とし焼結助剤を適宜含有する原料を十分混合したのち円盤状に形成し、その表面にタングステンもしくはタングステンカーバイドからなるペーストを発熱抵抗体５のパターン形状にスクリーン印刷等の手法で形成し、その上に別の窒化アルミニウム成型体を重ねて密着した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃の温度で一体焼結させることにより得られる。また、発熱抵抗体からの導通は、窒化アルミニウム質基材にスルーホール２２を形成し、タングステン又はタングステンカーバイドからなるペーストを埋め込んだ後焼結させ、表面に電極を引き出すようにすればよい。また、給電部６はウエハＷの加熱温度が高い場合には、金、銀等の貴金属を主成分とするペーストを前記スルーホール２２の上に塗布し９００〜１０００℃で焼き付けることにより、内部の抵抗発熱体５の酸化を防止することができる。
【００３７】
また、他の実施形態として、図３にはウエハＷの取り替えや設定温度の変更の際に、ウエハＷを昇降させるためのリフトピン２３を貫通させる貫通穴２４を均熱板２に備え、かつ変形防止部材１３を筒状とし、その中空部にリフトピン２３を挿通させたウエハ加熱装置１を示している。このようなリフトピン２３を均熱板２に挿通させて使用する場合には、多層構造部１０と均熱板２の間にリフトピン２３のガイド２５を設ける。このガイド２５は多層構造部１０に固定されたガス噴射口１２から冷却時に噴射される冷却ガスが載置面３上に漏れ出さないようにするために略密着させて設けなければならない。
【００３８】
このようなウエハ加熱装置１では、変形防止部材１３によって、多層構造部１０の変形に伴う導通端子１１や制御用の熱電対９に係わる種々の問題を防止できるとともに、均熱板２を冷却するためにガス噴射口１２から噴射された冷却ガスが、リフトピン２３の昇降用の貫通穴２４からウエハＷを処理する処理室２７内に漏れ出すことが無く、多層構造部１０に設けられた開口部１４を通り処理室２７外へ排出されるため、処理室内で乾燥、焼き付けされるウエハＷ上の形成膜に影響を及ぼすことが無くなる。
【００３９】
また、変形防止部材１３をリフトピン２３のガイドと兼用としたことで多層構造部１０内のスペースを有効に活用できるとともに部品点数を削減できる。このようなウエハ加熱装置１では高精度の温度制御を行うために、均熱板２に近接する部品は極力少なく小型化することが良い。その理由は、大型の部品を均熱板２に近接すると、その部品自体に蓄熱され均熱板２の温度分布に影響を与えたり、冷却時になかなか冷却されず降温時間が遅くなったりするからである。このような理由から変形防止部材１３はガイドと兼用させることが好ましい。さらに取り付け位置も、導通端子１１や熱電対９、ガス噴射口１２の取り付け位置の妨げにならない配置で等間隔に設置可能な設計をするとよい。
【００４０】
図４にガイド２５との変形防止部材１３を一体化した場合の詳細図を示す。多層構造部１０間に変形防止を目的として変形防止部材１３をネジ２６にて固定する。この変形防止部材１３はガイド２５を一体化した筒状体であり、中空部分にリフトピン２３を挿入するようになっている。変形防止部材１３のガイド２５を均熱板２と対向する多層構造部１０ａに予め設けた貫通穴に通しネジ２６にて固定する。変形防止部材１３のガイド２５の長さは均熱板２とガイド２５が略密着状態となるように設定する。
【００４１】
図４に示した変形防止部材１３は実施例の一例を示したものであり、変形防止効果、ガイド機能を果たすものであれば、一体化成型されたものに限られるものではなく、また、形状も円筒状、筒状、中空Ｉ型状などさまざまな形状であっても構わない。
【００４２】
また、多層構造部１０の最も均熱板２側の層に設置された支持板１０ａの厚みは１〜４ｍｍとすることが好ましい。１ｍｍ未満とすると、変形防止部材１３を設置しても、支持板１０ａに設置された導通端子１１や制御用の熱電対９を押圧固定した際に発生するバネ力で、バネを用いた前記の各部品周辺の多層構造部１０が部分的に変形してしまう。変形防止部材１３を無限に取り付けることが可能であれば、多層構造部１０の変形を防止できるのだが、実際には取り付けスペースの問題やコスト、変形防止部材１３自体の熱容量による蓄熱効果の影響で均熱性能が低下することなどから、無限に多数設置することは現実的ではない。
【００４３】
また、支持板１０ａの厚みを４ｍｍ以上とすると均熱板２からの輻射熱が蓄熱され、例えば一定時間ガス噴射口１２から冷却ガスを噴射しても、その後支持板１０ａからの放熱によって再度均熱板２が温められてしまう。このような場合、支持板１０ａが均熱板２に影響しない温度まで冷却されるように、冷却時間を長く設定しなければならず、効率の良い温度設定変更の妨げとなり十分な機能を得られない。そのため支持板１０ａは問題の発生しない範囲において極力薄く設計することが好ましい。
【００４４】
さらに、均熱板２側に設けられた支持板１０ａと対向して設置された支持板１０ｂの厚みは２〜７ｍｍとすることが好ましい。支持板１０ｂは均熱板２側に設置された支持板１０ａを、変形防止部材１３を用いて固定する際のベース面となる。そのため２ｍｍより薄くなってしまうと支持板１０ｂが支持板１０ａ側に引っ張られる形で変形してしまうため好ましくない。
【００４５】
また、支持板１０ｂを７．０ｍｍを越える厚みとした場合、ベース面としての機能は十分に得られるのだが、ウエハ加熱装置１内の各部品の取り付けスペースが無くなり好ましくない。十分な取り付けスペースが得られるようにすると、ウエハ加熱装置１が大型化してしまうとともにウエハ加熱装置１の重量も重くなり、半導体製造装置内に組み込む際に作業性が悪化するために問題となってしまう。このように支持板１０ｂの厚みは、支持板１０ａを、変形防止部材１３を用いて固定する場合のベース面としての機能を十分に発揮させるために、支持板１０ａよりも厚く設定することが良い。
【００４６】
多層構造部１０の材質は、熱的特性から耐酸化性の金属やセラミックスとすることが良い。これはウエハ加熱装置１の加熱温度による変形を抑制できることや酸化による変色や変質もなくパーティクルの発生等の問題が無いためである。
【００４７】
しかし、セラミック製の多層構造部１０を作製するためには、成型や焼成、穴加工やネジ加工等において金属加工のそれに比べ、非常に高コストとなるため、実質的には耐酸化性の金属材料にて製作することが製品コストを安価にすることから好ましい。
【００４８】
熱的特性に優れる耐酸化性の金属材料とは、具体的にはステンレス（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金）、ニッケル（Ｎｉ）等の耐酸化性金属や、一般鋼（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）にニッケルメッキやニッケルメッキ上に金メッキを重ねて耐酸化処理を施した金属材料のことである。
【００４９】
また、ここで均熱板２を冷却するためにガス噴射口１２から噴射された冷却ガスを処理室外に排出するために支持板１０ｂには、その面積の５〜４０％の開口率となるように開口部１４が形成されている。この開口部１４の面積が５％未満であると、支持体７の容積の中でガス噴射口１２から噴射されるガスと排出されるべきガスが混合されて、冷却効率が低下してしまう。また、開口部１４の面積が４０％を越えると、導通端子１１やガス噴射口１２を保持するスペースが不足するとともに強度が不足して、導通端子１１の電極パッド６への押圧力が安定せず、接触状態が悪くなり断続使用時の耐久性が悪くなる。
【００５０】
このように、多層構造部１０に開口部１４を設けることにより、冷却時はガス噴射口１２から噴射された冷却ガスが均熱板２の表面の熱を受け取り、支持体１１内部に滞留することなく開口部１４から順次層外に排出され、ガス噴射口１２から噴射される新しい冷却ガスで均熱板２表面を効率的に冷却できるので冷却時間が短縮することができる。
【００５１】
さらに、均熱板２を炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体により形成してあることから、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、５０Ｗ／（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。
【００５２】
このとき均熱板２の厚みは、２〜７ｍｍとすることが好ましい。均熱板２の厚みが２ｍｍより薄いと、均熱板２の強度が弱くなり発熱抵抗体５の発熱による加熱時、ガス噴射口１２からの冷却流体を吹き付けた際に、冷却時の熱応力に耐えきれず、均熱板２にクラックが発生する。また、均熱板２の厚みが７ｍｍを越えると、均熱板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ってしまい好ましくない。
【００５３】
また、発熱抵抗体５への給電方法については、支持体７に設置した導通端子１１を均熱板２の表面に形成した給電部６に導通端子１１をバネで押圧することにより接続を確保し給電する。これは、２〜７ｍｍの厚みの均熱板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、導電端子１１をバネで押圧して電気的接続を確保することにより、均熱板２とその支持体７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、導通端子１１の給電部６側の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。
【００５４】
また、均熱板２の温度は、均熱板２にその先端が埋め込まれた制御用の熱電対９により測定する。熱電対９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９を使用することが好ましい。図５に示すように、この熱電対９の先端部は、均熱板２に形成された孔の底面に略平行に設置され、円筒状の金属体２９を介して、固定軸３１に取り付けられたスリーブ３２、バネ材２８、ワッシャー３３を多層構造部１０に固定板３０にてネジ止めしてある。このようにバネ材２８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。なお、ここに示した熱電対９の取り付け構造は一例でありこの限りではない。
【００５５】
さらに、レジスト膜形成用のウエハ加熱装置１として使用する場合は、均熱板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、ウエハ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。
【００５６】
なお、均熱板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。
【００５７】
また、均熱板２を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、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。
【００５８】
さらに、均熱板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。
【００５９】
一方、炭化珪素質焼結体を均熱板２として使用する場合、半導電性を有する均熱板２と発熱抵抗体５との間の絶縁を保つ絶縁層４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、均熱板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４として機能しなくなる。その為、絶縁層４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。
【００６０】
また、均熱板２を、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合は、均熱板２に対する発熱抵抗体５の密着性を向上させるために、ガラスからなる絶縁層４を形成する。ただし、発熱抵抗体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。
【００６１】
この絶縁層４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均熱板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、均熱板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。
【００６２】
なお、ガラスからなる絶縁層４を均熱板２上に被着する手段としては、前記ガラスペーストを均熱板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４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均熱板２を８５０〜１３００℃程度の温度に加熱し、絶縁層４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４との密着性を高めることができる。
【００６３】
さらに、絶縁層４上に被着する発熱抵抗体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。
【００６４】
ただし、発熱抵抗体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虞があるため、このような場合には、発熱抵抗体５を覆うように絶縁層４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。
【００６５】
【実施例】実施例  １
熱伝導率が８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の炭化珪素質焼結体に研削加工を施し、板厚３．５ｍｍ、外径３２０ｍｍの円盤状をした均熱板２を複数製作し、各均熱板２の一方の主面に絶縁層４を被着するため、ガラス粉末にエチルセルロースと有機溶剤のテルピネオールからなるバインダーを混練して作製したガラスペーストをスクリーン印刷法にて印刷した後、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させたあと、５５０℃で３０分間脱脂処理を施し、さらに７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、ガラスからなる厚み２００μｍの絶縁層４とした。
【００６６】
次いで絶縁層４上に発熱抵抗体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の発熱抵抗体５を形成した。発熱抵抗体５は図６に示すような中心部５ａと外周部を周方向に４分割した５パターン構成（５ｂ〜５ｅ）とした。しかるのち発熱抵抗体５に給電部６を設け、導通端子１１を押圧固定させることにより、均熱板２を製作した。
【００６７】
また、支持体７内には厚み２ｍｍのＳＵＳ３０４からなる支持板１０ａと厚み３ｍｍの支持板１０ｂからなる多層構造部１０を形成し、多層構造部１０ａ、１０ｂ間に、種々の評価水準に基づいた数及び位置に配置した変形防止部材１３、分割された発熱抵抗体５の各パターンを制御するための５本の熱電対９、給電部６に導通させるための１０本の導通端子１１を所定の位置に形成し、評価用のウエハ加熱装置を準備した。また２枚の多層構造部１０のうち、最上層の多層構造部１０ａから均熱板２までの距離は８ｍｍ、下層の多層構造部１０ｂから上層の多層構造部１０ａまでの距離は１２ｍｍとした。
【００６８】
その後、前記支持体７の上に、均熱板２を重ね、その外周部にボルト１６を貫通させ、均熱板２と支持体７が直接当たらないように、断熱部１７を介在させ、支持体７側より弾性体１８、座金１９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エハ加熱装置１とした。
【００６９】
変形防止部材１３の位置は、中心部、均熱板２直径に対して、５０％〜９０％の同心円内の範囲に略等間隔に設置したもの、及び、比較用として変形防止部材１３を備えないものを準備した。
【００７０】
評価条件としては、各ウエハ加熱装置１の給電部６に通電して５分間で２５０℃まで昇温した後、冷却ガスを均熱板２に噴射し５分間で５０℃まで冷却するといった温度履歴を１サイクルとするサイクル試験を２０００サイクル行った。
【００７１】
評価基準としては、均熱板２に設けられた５つの発熱抵抗体５ａ〜５ｅのうち、最も抵抗変化したパターンの３０００サイクル後に抵抗変化量が１％以下であり、外観検査にて給電部６にスパーク等の不具合が発生しなかったものをＯＫとした。抵抗変化とスパーク等の外観不良の両方が無かったものは○、どちらか片方でも不具合が発生したものは×とした。
それぞれの評価条件・結果は表１に示す通りである。
【００７２】
【表１】
0003921060.tif 000002
【００７３】
表１からわかるように、まず、変形防止部材１３を有しないＮｏ．１のウエハ加熱装置は、２５０℃から５０℃のサイクル評価後の抵抗変化量が３．２２％と大きく変化した。このとき最も抵抗変化量が大きかったものは５ａのパターンであった。
【００７４】
また、サイクル評価後の給電部６の外観確認においては、５分割したパターンのうち中心部５ａの給電部６ａ、６ｂと、分割された外周部の発熱抵抗体のうち給電部６が均熱板２の中心に近い部分に設けられた６ｃ、６ｄにおいて発生していた。さらに、その中で最も損傷の激しかった給電部は６ａの給電部であった。このように変形防止部材１３を設けていない場合、最も変形の影響を受けやすい中心部付近であるといえる。
【００７５】
次に、変形防止部材１３を中心部に１個だけ設置したＮｏ．２にておいても、３０００サイクル後の抵抗変化量は２．１８％と大きく変化し、外観確認において給電部６ｂが黒く変色しスパークした形跡が認められた。変形防止部材１３を中心部のみに設けても、多層構造部１０全体の変形を防止できないことが判った。
【００７６】
また、変形防止部材１３を支持板１０ａの直径に対して５０％の位置に、直線上に並べて設置したＮｏ．３のウエハ加熱装置においても、発熱抵抗体５ａにおいて３０００サイクル後の抵抗変化量は２．３７％と大きく変化してしまった。さらに、外観確認にてスパーク跡を調査したところ発熱抵抗体５ａに設けられた給電部６ｂと外周部の発熱抵抗体５ｃ、５ｅに備えられた６ｆ、６ｈ給電部６ｂにスパークの形跡があった。
【００７７】
これは、変形防止部材が２個の場合、変形防止部材１３を結ぶ線方向は多層構造部１０の変形防止効果があるが、この線方向に直角な方向は十分な効果を得られず、変形防止部材１３の無い部分においては前述の問題が発生してしまうためである。
【００７８】
また、変形防止部材１３を支持板１０ａの直径に対して９０％の位置に設置したものについても、５ａのパターンにおいて３０００サイクル後の抵抗変化量は１．２６％と大きく変化してしまった。外観確認にてスパーク跡を調査したところ給電部６ａにスパークの形跡があった。これは、変形防止部材１３が外周に近い位置にあるため、その性能を十分に発揮できずに結果的には、変形防止部材１３を設置しない状態のように、中心部に近い給電部６ａにて問題を発生させたのであった。
【００７９】
これに対し、変形防止部材１３を均熱板２直径の８０％以内の範囲で３個以上設けたＮｏ．４〜７、Ｎｏ．９〜１２は、サイクル評価後の抵抗変化はいずれも０．６％以内で判定基準の１％を大きく下回る結果となった。サイクル評価後の給電部の外観確認においても問題となる変色や、スパーク等はなく良好な結果が得られた。
【００８０】
実施例  ２
実施例１と同様の製造方法にて均熱板２及びウエハ加熱装置１を製作した。実施例２として、実施例１と同様に多層構造部１０間に変形防止部材１３を中心部、均熱板２直径に対して、５０％〜９０％の同心円内の範囲に略等間隔に設置したもの、及び、比較用として変形防止部材１３を備えないものを準備した。
また、図６に示すような５分割されたそれぞれの発熱抵抗体５ａ〜５ｅに制御用の熱電対９ａ〜９ｅとしてφ０．５ｍｍのＫタイプシース型熱電対を設置した。
【００８１】
評価条件としては、各ウエハ加熱装置１の給電部６に通電して２５０℃保持時のウエハＷ表面の温度ばらつきが±０．５℃となるように調整し、２５０℃にて３０分間保持した後、ガス噴射口１２からの冷却ガスによって冷却するサイクルを１０サイクルおこない、１０サイクル目の２５０℃保持時の温度ドリフトを各制御用の熱電対９にて確認した。また、そのときのガス噴射口１２への冷却ガス流量は６０Ｌ／Ｍｉｎにて行った。
【００８２】
それぞれの評価基準としては、２５０℃保持時における制御用の熱電対９の温度ドリフト幅が０．４℃（±０．２℃）以内のものをＯＫとし、０．４℃を越えるものはＮＧとした。結果としてすべての制御用の熱電対９ａ〜９ｅにおいて温度ドリフト幅が０．４℃以内であったものを○、１箇所でも０．４℃を越える温度ドリフトが発生したものは×とした。
【００８３】
それぞれの評価条件・結果は表２に示す通りである。
【００８４】
【表２】
0003921060.tif 000003
【００８５】
表２に示す通り、まず変形防止部材１３を有しないＮｏ．１のウエハ加熱装置１は、２５０℃の保持時に中心部の熱電対９ａが０．６６℃と大きな温度ドリフトを示した。同時に分割された外周部の発熱抵抗体５に設置された熱電対の１箇所で熱電対９ｃに０．４℃を越える温度ドリフトが確認された。また、変形防止部材１３を中心部のみに備えたＮｏ．２のものでも２５０℃の温度保持時に分割された外周部の発熱抵抗体５に設置された熱電対の１箇所で熱電対９ｂに０．４℃を越える温度ドリフトが確認された。
【００８６】
このような問題は前記した実施例１の場合と同様に、多層構造部１０の変形が中心部分に近づくほど大きくなることや、中心部分に１個だけ設けた場合には全体の変形を防止できないことから発生しているといえる。
【００８７】
また、変形防止部材１３を均熱板２の直径に対して５０％の位置に、直線上に並べて設置したＮｏ．３のウエハ加熱装置においても、分割された外周部の発熱抵抗体５に設置された熱電対の２箇所で熱電対９ｂの温度ドリフトが確認された。これも実施例１の場合と同様で変形防止部材が２個の場合、変形防止部材１３を結ぶ線方向は多層構造部１０の変形防止効果があるが、この線方向に直角な方向は十分な効果を得られず、変形防止部材１３の無い部分においては前述の問題が発生してしまうためだといえる。
【００８８】
このように、制御用の熱電対９において押圧される熱電対９の接触状態が不安定な状態では、均熱板２を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができなくなってしまい製造上の問題を発生させてしまう。
【００８９】
それに比べ、変形防止部材１３を均熱板２直径の８０％以内の範囲で３個以上設けたＮｏ．４〜１２は、２５０℃の温度保持時に発熱抵抗体５の中心部および分割された外周部に設置された熱電対９ａ〜９ｅの全ての箇所で熱電対９ｂの温度ドリフトが発生せず、良好な結果が得られた。
【００９０】
このように、前記多層構造部１０を備えたウエハ加熱装置において、多層構造部１０間に、前記均熱板２の８０％の直径をもった範囲内に少なくとも１つ以上の略同心円状に３個以上の柱状の変形防止部材１３を備え、多層構造部１０間に締着固定したウエハ加熱装置１は、変形防止部材１３を設置しないものと比較して、多層構造部１０が大きく変形してしまい、給電端子６の部分では接触不良を発生させて接触抵抗が増大してしまう場合や、給電端子６の部分がスパークし導通が得られなくなるといった問題や、熱電対９の接触状態が不安定なため温度リフトが発生してしまい精密な温度制御ができないといった問題を解決できるという良好な結果を得られた。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、多層構造部に変形防止部材を有するウエハ加熱装置では高精度の均熱性能を要求される大型化されたものでも、多層構造部が大きく変形してしまうといった問題が防止できる。
【００９２】
またそのことにより多層構造部の変形の影響により、均熱板の内周部と外周部では弾性的に押圧される給電端子や制御用熱電対を押圧する力にばらつきが生じ、給電端子の部分では接触不良を発生させて接触抵抗が増大してしまう場合や、接触不良の状態のまま繰り返し通電すると、給電端子の部分がスパークし導通が得られなくなるといった問題も防止でき安定した電力供給が可能となった。
【００９３】
さらに、制御用熱電対の部分では押圧される熱電対の接触状態が不安定なため、均熱板を一定の温度に保った定常状態においても温度ドリフトが発生してしまい精密な温度制御ができないといった問題が防止でき、精密な温度制御が可能となった。
【００９４】
これにより、半導体素子の製造工程において、例えば、ウエハＷの表面に均一なレジスト膜を形成したり、均一な半導体薄膜を形成したり、また、均一なエッチング処理を施すことが出来るといったような効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明のウエハ加熱装置における変形防止部材近傍の拡大断面図である。
【図５】本発明のウエハ加熱装置における熱電対設置部の拡大断面図である。
【図６】本発明のウエハ加熱装置における発熱抵抗体の一例を示す平面図である。
【図７】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【図８】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。
【符号の説明】
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
６：給電部
７：支持体
８：支持ピン
９：熱電対
１０：多層構造部
１１：導通端子
１２：ガス噴射口
１３：変形防止部材
１４：開口部
１５：支柱
１６：ボルト
１７：断熱部
１８：弾性体
１９：座金
２０：ナット
２１：押しバネ
２２：スルーホール
２３：リフトピン
２４：貫通孔
２５：ガイド
２６：ネジ
２７：処理室
２８：バネ材
２９：金属体
３０：固定板
３１：固定軸
３２：スリーブ
３３：ワッシャー
３４：支持部
３５：側壁部
４１：ウエハ加熱装置
４２：均熱板
４３：載置面
４４：シーズヒータ
４５：押さえ板
４６：給電部
４７：支持枠
【図１】
0003921060.tif 000004
【図２】
0003921060.tif 000005
【図３】
0003921060.tif 000006
【図４】
0003921060.tif 000007
【図５】
0003921060.tif 000008
【図６】
0003921060.tif 000009
【図７】
0003921060.tif 000010
【図８】
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