JP4794140B2 - Heater, wafer heating apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents
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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し、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、上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したりする際に好適なヒータに関する。
The present invention is mainly related to the wafer heating apparatus used to heat the wafer, for example, to form a thin film on a semiconductor wafer or a liquid crystal device or on a wafer such as a circuit board, the resist solution applied onto the upper Symbol wafer dry baked to about the suitable heater in or form a resist film.
半導体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）を加熱するためのセラミック製のヒータが用いられている。 A ceramic heater for heating a semiconductor wafer (hereinafter abbreviated as a wafer) is used in a semiconductor thin film forming process, an etching process, a resist film baking process, and the like in a semiconductor manufacturing process.
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、セラミック製のヒータが広く使用されている。 The conventional semiconductor manufacturing apparatus has a batch type that heats a plurality of wafers at once and a sheet type that heats one wafer at a time. The single wafer type has excellent temperature controllability, so wiring of semiconductor elements is possible. Ceramic heaters are widely used in accordance with demands for miniaturization of wafers and improvement in accuracy of wafer heat treatment temperature.
このようなセラミック製のヒータとして、例えば特許文献１や特許文献２には、図９に示すようなセラミック製のヒータが提案されている。
As such a ceramic heater, for example, Patent Document 1 and
このセラミックスヒータ７１は、板状セラミックス体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ス体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、板状セラミックス体７２の下面に、例えば図１０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。
The
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。
Furthermore, a power supply terminal 77 is brazed to the terminal portion of the
ところで、このようなセラミックスヒータ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したりするためには、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の抵抗分布を調整したり、抵抗発熱体７５の温度を分割制御したりすることが行われている。しかし、印刷法で作製した抵抗発熱体は膜厚がばらつき、設計通りの抵抗値が得られないとの問題があり、そこで、前記抵抗分布を調整する方法として特許文献３、特許文献４や特許文献５に記載のようなレーザビームで溝を形成して抵抗調整する方法が開示されている。
Incidentally, in such a
また、特許文献６のように抵抗発熱体を波状にし、波状部をレーザにてトリミングする方法や、図８に示すように抵抗発熱体の帯の端にレーザで複数の溝ｍを形成し、抵抗調整をしたセラミックスヒータによりウェハＷの面内温度差を小さくする方法が特許文献７に開示されている。
In addition, a method of making the resistance heating element corrugated and trimming the corrugated portion with a laser as in
しかし、ウェハ面内の温度差は小さくなるが、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成するには未だ不十分であり、温度分布を更に均一に加熱できるようなヒータが求められていた。
しかしながら特許文献６や特許文献７のような方法では、ある程度温度分布を良くすることは可能であるがウェハ表面の温度差を０．３℃以下にまで小さくすることは困難であった。
However, in the methods such as
また、前記方法で形成したセラミックスヒータは加熱・冷却を繰り返すうちに抵抗値が変化し、そのことによりウェハ表面の均熱バランスが崩れ、温度差が大きくなるとの問題があった。 Further, the ceramic heater formed by the above method has a problem in that the resistance value changes while heating and cooling are repeated, and thereby the heat balance on the wafer surface is lost and the temperature difference becomes large.
本発明のヒータは、板状体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、上記抵抗発熱体は、帯の長手方向に並行な、抵抗値調整のための溝を有するとともに、所定箇所に、レーザビームにより上記溝を加工する際に必要となる位置決め表示部を備えたことを特徴とする。
The heater of the present invention comprises a strip-shaped resistance heating elements on the surface of the plate, the upper Symbol resistive heating element, a parallel line to the longitudinal direction of the strip, which has a groove for resistance adjustment, a predetermined position A positioning display portion necessary for processing the groove with a laser beam is provided.
また、上記位置決め表示部が上記溝の端部の近傍に存在することを特徴とする。 Further, the positioning display part is present in the vicinity of the end of the groove.
また、板状体の表面に帯状の導体からなる抵抗発熱体を備え、上記抵抗発熱体は、帯の長手方向に並行な、抵抗値調整のための溝を有するとともに、所定箇所に、レーザビームにより上記溝を加工する際に必要となる位置決め表示部を備え、電流密度が平均電流密度の１／１０以下の領域で、帯に沿った電流の流れる方向と直角な方向に突出した部分である抵抗発熱に供しない導体が接続されていることを特徴とする。
Also includes a resistance heating element made of a strip-shaped conductors on the surface of the plate, the upper Symbol resistive heating element, a parallel line to the longitudinal direction of the strip, which has a groove for resistance adjustment, a predetermined position, A portion having a positioning display portion necessary for processing the groove by a laser beam and protruding in a direction perpendicular to the direction of current flow along the band in a region where the current density is 1/10 or less of the average current density It is characterized in that a conductor not subjected to resistance heating is connected.
また、板状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は円弧状の帯と折り返し帯とを連続させて同心円状に配設され、上記円弧状の帯に抵抗値調整のための溝とレーザビームにより上記溝を加工する際に必要となる位置決め表示部が形成されていることを特徴とする。
In addition, one main surface of the plate-shaped body is used as a mounting surface on which the wafer is placed, and a strip-shaped resistance heating element is disposed inside or on the other main surface, and the strip-shaped resistance heating element is folded back into an arc-shaped strip. It is disposed a belt to by consecutive identical cardiac circular positioning display unit which is required for processing the groove is formed by a groove and a laser beam for resistance adjustment to the arc-shaped strip It is characterized by that.
また、上記位置決め表示部が、上記帯から突出した凸部であることを特徴とする。 Further, the positioning display part is a convex part protruding from the band.
また、上記凸部が矩形であることを特徴とする。 Further, the convex portion is rectangular.
また、上記板状体がセラミックスからなることを特徴とする。 The plate-like body is made of ceramics.
また、上記抵抗発熱体は、帯の長手方向に略並行な複数の溝からなる群を有することを特徴とする。
The upper SL resistive heating element, characterized by having a group comprising a plurality of grooves, substantially parallel to the longitudinal direction of the strip.
また、上記複数の溝は、抵抗発熱体を成す円弧状の帯の側辺部に形成されていることを特徴とする。
The upper SL plurality of grooves is characterized by being formed on the side portion of the arc-shaped strip forming the resistance heating element.
また、上記複数の溝からなる群は、上記抵抗発熱体の帯の長手方向にそって複数に分割され、各群と群との間隔が上記帯の幅よりも小さいことを特徴とする。
Moreover, the group consisting of top Symbol plurality of grooves along the longitudinal direction of the belt of the upper Symbol resistance heating element is divided into a plurality, and wherein the distance between each group and the group is smaller than the width of the upper Symbol band To do.
また、上記位置決め表示部を基準として、上記複数の溝を形成することを特徴とする。 The plurality of grooves may be formed using the positioning display portion as a reference.
また、上記のヒータを用い、円形の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、上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、その外側に少なくとも１つの同心円の円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、各ゾーンに対して上記位置決め表示部を上記板状セラミックス体の中心から等角の中心角の位置に備えたことを特徴とする。
Further, using the above heater, a wafer heating apparatus including a plurality of resistance heating element zones on one main surface of a circular plate-shaped ceramic body, and a mounting surface on which a wafer is placed on the other main surface, independently of the resistance heating element of the upper Symbol resistance heating element zone has a power supply unit for supplying power, and a metal case surrounding the power feeding portion, the resistance heating element zone, a circular resistance heating with the center and body zone, a resistor heating element zone of at least one concentric annular outside thereof includes an upper Symbol positioning display unit at the position of the central angle isometric from the center of the plate-shaped ceramic body for each zone It is characterized by that.
また、上記各ゾーンの位置決め表示部が、上記各ゾーンの周辺部に形成されたことを特徴とする。
The positioning display unit of each zone, characterized in that formed in the peripheral portion of the upper Symbol each zone.
また、上記位置決め表示部を基準として、上記複数の溝を形成することを特徴とする。 The plurality of grooves may be formed using the positioning display portion as a reference.
ウェハ面内の温度差が０．３℃以下と小さい優れたヒータを提供できる。 An excellent heater having a temperature difference within the wafer plane as small as 0.3 ° C. or less can be provided.
しかも、上記ヒータの製造歩留まりが良く、大量生産が容易で安価なヒータを提供できる。 In addition, it is possible to provide a heater with a good manufacturing yield of the heater, easy to mass-produce and inexpensive.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図１は本発明に係るヒータ１の一例を示す断面図で、板状体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を介して板状体２の他方の主面の周辺部に固定されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a heater 1 according to the present invention. One main surface of a plate-
また、ウェハリフトピン２５は板状体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。
Further, the
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。
The wafer W is held in a state of being lifted from the mounting surface 3 by the
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、この給電部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。
The
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。
Further, when the
本発明のヒータ１は、図２（ａ）や（ｂ）に示すように板状体２の表面に帯状の抵抗発熱体５を備え、前記抵抗発熱体５の帯の長手方向に略並行な溝ｍを有し、前記帯の位置決め表示部７を備えたことを特徴とする。このように抵抗発熱体５の少なくともその一部に溝ｍを形成することにより、抵抗調整部を設け、抵抗発熱体５の発熱量を調整することにより均熱板１００の温度を均一にしてウェハＷの面内温度差が小さくなるようにしている。そして、溝ｍは抵抗発熱体５の帯の部分的な厚みのバラツキや幅のバラツキから生じる抵抗の違いから生じる発熱量の微妙な違いを調整するために抵抗発熱体５の帯に形成されている。この溝ｍは抵抗発熱体５の帯の微妙な寸法のバラツキを調整するもので、溝の深さや幅が一定であることは勿論、抵抗発熱体５の帯の所定の場所に精度よく溝ｍを形成することが必要である。位置決め表示部７を基準として溝ｍを形成すると、溝ｍを帯の所定の場所に精度よく形成することができる。そして、抵抗発熱体５の各部の発熱量が調整され、例えばウェハＷの表面の全領域で温度差０．３℃以下と小さなヒータ１を作製することができることが判明した。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the heater 1 of the present invention includes a strip-shaped
また、位置決め表示部７は溝ｍを形成する位置を決めることから、溝ｍの端部の近傍に存在することが好ましい。このような位置に位置決め表示部７を形成すると溝ｍの加工開始位置の精度が高まり好ましい。更に好ましくは、帯の幅の数十倍の長さの溝ｍを形成する場合には位置決め表示部７が溝ｍの終端である他方の端部の近傍にもあることが好ましい。位置決め表示部７が溝ｍの他方の端部の近傍にあると溝ｍを加工するに当たり、終端の位置を正確に割り出すことができることから溝ｍの位置ずれが小さく帯びの各部の抵抗を正確に調整することができる。
Moreover, since the
また、位置決め表示部７は抵抗発熱体５の帯に抵抗発熱に供しない導体として形成され、この導体が前記帯に接続されていることを特徴とする。上記の抵抗発熱に供しない導体とは抵抗発熱体５において、電流密度が平均電流密度の１／１０以下の領域で、帯に沿った電流の流れる方向と直角な方向に突出した部分などが該当する。
Further, the
通常、溝ｍはレーザビームを使い形成されるが、溝ｍを上記帯の所定の位置に精度良く形成するには、レーザビームの照射位置を決定するための位置決め表示部７が帯に接して在ると位置決め表示部７が溝ｍに最も近接した位置となり測定誤差が小さくなり効率的にしかも位置精度良く溝ｍを形成することができる。位置決め表示部７はできるだけ溝ｍに近いことが好ましく、帯びに直接接していることが更に好ましく、且つ発熱特性に影響しない部位に在ることが好ましい。このような位置決め表示部７があると溝ｍと抵抗発熱体５の帯の位置関係を正確に割り出す事ができて好ましい。
Usually, the grooves m are formed using a laser beam, to accurately form grooves m at a predetermined position of the band is positioned a
此れまでの従来技術のように、位置決め表示部７がないと板状体の外形を基準にしたり、抵抗発熱体の外形を画像処理して位置決めするが、抵抗発熱体５の左右前後の微細なずれや、抵抗発熱体５の変形が生じた場合に、複数の溝ｍ１、ｍ２、ｍ３・・・を形成すると溝が帯の外側にずれたり所定の場所に溝ｍを形成できない虞があり、抵抗調整が不十分となる虞があった。そのため、抵抗調整してもウェハＷ面内の温度差が小さくならないとの虞があった。
As in the prior art so far, if the
例えば、板状体２として板状セラミックス体を用い、板状セラミックス体の一方の主面をウェハＷを載せる載置面３とし、その内部または他方の主面に帯状の抵抗発熱体５を配設し、該帯状の抵抗発熱体５の帯は円弧状の帯５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｍ、５ｎ、５ｏ、５ｐと折り返し帯５ｑ、５ｒ、５ｓ、５ｔ、５ｕ、５ｖとを連続させて抵抗発熱体５が形成されている。そして、このような抵抗発熱体５の各部の帯の抵抗を調整するために溝ｍを形成するが、溝ｍを形成するに当たり位置決め表示部７を形成してあると好ましい。位置決め表示部７が、溝ｍを形成する帯にあると、位置決め表示部７を基準として帯に溝ｍを精度良く効率的に形成できることから好ましい。
For example, a plate-like ceramic body is used as the plate-
また、上記位置決め表示部７は抵抗発熱体５の帯から突出した凸部７からなると好ましい。抵抗発熱体５は導電性ペーストをスクリーン印刷等で形成し、その後、溝をレーザビームを使い形成するが、凸部７は抵抗発熱体５に隣接して形成されることから位置精度を高める上で好ましい。凸部７の形状としては、矩形であることが好ましい。矩形であると縦横２軸を直線の外形辺に合わせ基準とすることができることから、容易に基準を設定できて好ましい。そして上記帯から突出する大きさは０．３から２ｍｍで幅は０．０５〜０．５ｍｍが好ましい。より好ましくは０．５から１．５ｍｍであり幅は０．１〜０．３ｍｍである。また、上記の凸部７の面積は０．０１５〜１．０ｍｍ２であることが好ましい。０．０１５ｍｍ２を下回ると、位置決め表示部７として認識することが困難となる虞がある。また、１．０ｍｍ２を超えると大きくなりすぎて位置精度が劣る虞があるからである。
Further, it is preferable that the
円環上に形成された円弧状の抵抗発熱体５の帯に位置決め表示部７が接続して設けられていると、位置決め表示部７を画像処理等で特定する際に、上記円弧に沿ってラインスキャンして位置決め表示部７を容易に検出することが可能であり、位置決め表示部７の幅を一定に設けることで位置決め表示部７を即座に認識でき、位置決め表示部７の幅を決める辺と位置決め表示部７の頂辺の位置から抵抗発熱体５を成す帯の正確な位置を特定することができる。そして、この位置決め表示部７から帯に対し正確な位置に溝ｍを形成することが可能となる。
When the
また、板状体２は、ヒータを急速に加熱したり冷却したりしても変形しないことが好ましい。そして急速な加熱や冷却を行うには板状体２そのものの熱容量が小さいことが好ましい。このような特性に適う板状体２としてセラミックスからなる板状体２はヤング率が２５０ＭＰａ以上と大きいことから、板状体２の厚みを１〜５ｍｍと小さくできるととも
に、板状体２の直径が３３０ｍｍと大きくてもその熱容量を１０００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）以下と小さくすることができて好ましい。特に、板状体２として、窒化アルミニウムや炭化珪素からなるセラミックスはヤング率が３００ＧＰａ以上と大きく板状体２の表面を加熱しても変形する大きさが小さく、しかも熱伝達率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と大きく、板状体２の全面を均一に加熱することができることからより好ましい。更に、これらのセラミックスに酸化イットリウムなどの希土類酸化物や窒化ホウ素等の焼結助剤を０．５〜５重量％添加して熱伝導率を１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上としたものが好ましい。
Further, the plate-
そして、このような板状体２に形成された抵抗発熱体５の少なくともその一部に溝ｍを形成することにより、抵抗調整部を設け、抵抗発熱体５の発熱量を調整することにより均熱板１００の温度を均一にしてウェハＷの面内温度差が小さくなるようにしている。
Then, by forming the groove m in at least a part of the
図３（ａ）は、板状体２の外周部に位置する前記抵抗発熱体５が同心円状の扇状抵抗発熱体ゾーンと中心部の同心円状の複数の抵抗発熱体ゾーンとからなることを示す。何れも載置面３を均一に加熱できる抵抗発熱体ゾーン形状であれば良い。また、図３（ｂ）は、均熱性を改善するため、周辺部に４個と中心部に４個の抵抗発熱体ゾーンからなる合計８個の抵抗発熱体ゾーンに抵抗発熱体５を分割した図を示す。
FIG. 3A shows that the
図４は図３に示す８個の抵抗発熱体ゾーンからなる抵抗発熱体５の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of the
何れの抵抗発熱体５の幅は１〜２０ｍｍで厚みが５〜８０μｍであり、スクリーン印刷法で形成することができる。そして、帯状の抵抗発熱体の帯の中心線を基準にウェハＷ面内の温度差が小さくなるように抵抗発熱体ゾーン形状が設計されている。
Any
本発明のヒータ１は、抵抗発熱体５の帯の長手方向に略並行で、長さが同等な複数の溝ｍ１、ｍ２・・・からなる群Ｇをなし、前記群Ｇは帯の幅の左右に偏っているか或いは中央部にあることを特徴としている。ここで、群Ｇが抵抗発熱体５の帯の中央部にあるとは、群Ｇの幅方向の中心が前記帯の中央にあることを示すもので、より具体的には群Ｇの幅方向の中心が帯を幅方向に４等分した領域の中央の２つの領域つまり中央部５０％より小さい範囲にあることを意味する。
The heater 1 of the present invention comprises a group G composed of a plurality of grooves m1, m2,... Substantially parallel to the longitudinal direction of the strip of the
このように抵抗発熱体５の少なくともその一部に溝ｍからなる群Ｇを形成することにより、抵抗調整部を設け、抵抗発熱体５の発熱量を調整することができて均熱板１００の温度を均一にしてウェハＷの面内温度差が小さくなるようにしている。
In this way, by forming the group G composed of the grooves m in at least a part of the
図５は本発明の群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３の一例を示す。図６は図５のＸ−Ｘ線断面図を示す。 FIG. 5 shows an example of the groups G1, G2, G3 of the present invention. 6 shows a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
図７のような抵抗発熱体５の長手方向に垂直な断面図では群Ｇで分けた抵抗発熱体５の両側の抵抗発熱体５ａ、５ｂの断面積がほぼ等しくなる。すなわち抵抗発熱体５ａ、５ｂの抵抗値が略等しくなる。そのため抵抗発熱体５ａ、５ｂの幅方向で左右略均等の発熱量となり、群Ｇを形成して抵抗発熱体５の部分的な抵抗値のバラツキを調整しても抵抗発熱体５の帯の幅方向の中心線が設計位置から大きく変わることがなく、設計した抵抗発熱体５抵抗発熱体ゾーンに溝を形成して抵抗調整することで均熱板１００を均一に加熱することができることからウェハＷ面内の温度差を小さくすることができる。
In the sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the
一方、図６や図８のように群Ｇの幅方向の中心が抵抗発熱体５の幅方向の中央からずれた場合、抵抗発熱体５の帯の断面積の大きな面に大きな電流が流れ、その部分が発熱し易くなる。そのため抵抗発熱体５の帯の幅方向で左右の発熱バランスが崩れ幅方向で温度差が生じるが、抵抗発熱体５の帯は板状体２に同心円状に形成されている円弧状の帯に対し、板状体２の中心から外側或いは内側の何れかに溝の群Ｇを形成することで板状体２を中心対称に加熱することができ、ウェハＷの面内温度差を小さくすることができる。
On the other hand, when the center in the width direction of the group G is shifted from the center in the width direction of the
また、抵抗発熱体５の帯の長手方向に略並行で、長さが同等な複数の溝ｍ１、ｍ２・・からなる群Ｇをなし、前記帯に前記群Ｇを複数備え、前記群Ｇ１と群Ｇ２との間隔Ｇｇが前記帯の幅Ｗｈよりも小さいことが好ましい。
Further, a group G composed of a plurality of grooves m1, m2,... Approximately parallel to the longitudinal direction of the band of the
抵抗発熱体５はスクリーン印刷で形成されることから、抵抗発熱体５が形成される際に帯の厚みが設計厚みに対し場所により変化する。そのため板状体２の設定抵抗と実際の抵抗発熱体５の帯の各部の抵抗値にずれが発生する。そこで、帯の各部の抵抗値のずれを修正するには溝ｍを形成することが有効であるが、帯を細かく分割し、分割した帯の抵抗値を設計抵抗値に近づけるよう溝ｍを必要数形成する。しかし、分割数が多くなると溝ｍの形成や抵抗測定に時間を要し、効率が著しく悪化する。このため、分割数は板状体２の形状や発熱体ゾーンの形状に沿って数十個に分割される。そして、その分割された帯に対応して連続した溝ｍからなる群Ｇが形成されることが好ましい。そして、区間と区間の間は群Ｇ１と群Ｇ２との間隔Ｇｇを設けることが好ましい。間隔Ｇｐを設けることで間隔Ｇｇに抵抗測定用の端子を接続したり、区間の抵抗が容易に正確に測定可能となり抵抗の調整が容易となったりするからである。そして、ヒータ１の加熱面全面の発熱量を調整できることからウェハＷの面内温度差を小さくすることが容易となり好ましい。
Since the
そして、群Ｇ１と群Ｇ２との間隔Ｇｇが抵抗発熱体５の帯の幅Ｗｈよりも小さいことが好ましい。このようにすることで、間隔Ｇｇの帯で生じる発熱量の低下によるウェハＷ温度の面内温度の低下を防止することができて好ましい。
The distance Gg between the group G1 and the group G2 is preferably smaller than the band width Wh of the
一方前記間隔Ｇｇが前記帯の幅Ｗｈよりも大きい場合その箇所Ｇｇの発熱量が小さくなり加熱した際にその箇所がクールスポットとなり、ウェハＷの温度がその箇所のみ低くなり全体の均熱性が悪くなる。そのため群Ｇと群Ｇの間隔Ｇｇは帯の幅Ｗｈよりも小さいことが好ましい。そして、これらの溝ｍからなる群Ｇを抵抗発熱体５の帯に沿って優れた位置精度で形成するには、これら群Ｇと群Ｇとの間に位置決め表示部７が形成されていることが好ましい。位置決め表示部７を基準とすることで、溝ｍや群Ｇの帯に対する幅方向の位置精度が高まり、ウェハＷの面内温度差を小さくすることができる。
On the other hand, when the gap Gg is larger than the width Wh of the band, the amount of heat generated at the point Gg becomes small, and when heated, the point becomes a cool spot, and the temperature of the wafer W is lowered only at that point, resulting in poor overall heat uniformity. Become. Therefore, the gap Gg between the groups G and G is preferably smaller than the band width Wh. And in order to form the group G which consists of these groove | channels m with the outstanding position accuracy along the strip | belt of the
また、帯の幅が１〜３ｍｍあれば上記溝ｍの群Ｇと群Ｇの間隔は１ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍ以下であれば前記電流の偏りを防止できるとともにクールスポットを発生させる虞が少ないからである。 If the width of the band is 1 to 3 mm, the distance between the group G of the grooves m and the group G is preferably 1 mm or less. This is because if it is 1 mm or less, the bias of the current can be prevented and the possibility of generating a cool spot is small.
また、上記溝ｍはレーザビームにより加工することが好ましい。レーザビームは、ビームの口径を正確に制御することが可能であり、口径として５〜１００μｍの間で使用することができる。好ましくは３０〜６０μｍである。レーザビームとして例えばＹＡＧレーザを使用できる。波長が１．０６μｍ、パルス周波数1ＫＨｚ、レーザ出力０．１〜２Ｗ、加工速度１〜２０ｍｍ／ｓｅｃで照射して溝ｍを加工することが好ましい。 The groove m is preferably processed by a laser beam. The diameter of the laser beam can be accurately controlled, and the diameter of the laser beam can be used between 5 and 100 μm. Preferably it is 30-60 micrometers. For example, a YAG laser can be used as the laser beam. It is preferable to process the groove m by irradiation at a wavelength of 1.06 μm, a pulse frequency of 1 KHz, a laser output of 0.1 to 2 W, and a processing speed of 1 to 20 mm / sec.
また、図４のように、抵抗発熱体５が複数の抵抗発熱体ゾーンからなる場合においては、独立して加熱できる抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈの夫々において、その外側に位置決め表示部７を形成することが好ましい。特に、各抵抗発熱体５の周辺で板状体２の中心から等角の位置に位置決め表示部７を形成すると個々の抵抗発熱体５を位置決め表示部７の位置で分割して、夫々の抵抗値を調整することで抵抗発熱体ゾーン内の抵抗分布を微調整できることから、ウェハＷの面内温度差を０．３℃以内に極めて小さな範囲内に調整したウェハ加熱装置ができることから好ましい。
As shown in FIG. 4, when the
また、群Ｇの幅Ｗｇは抵抗発熱体５の帯の幅Ｗｈの９０％以内にあることが好ましい。なぜなら通常微細で複雑な抵抗発熱体５はスクリーン印刷法で形成されることから、スクリーン印刷法で形成された抵抗発熱体５の断面積は図７のように抵抗発熱体５の帯の幅の左右５％の領域の厚みが小さくなっているからである。また、レーザビーム等で溝ｍを形成するが、溝ｍの大きさはレーザビームの出力と照射時間で決まり、通常溝ｍを加工中は出力や照射時間は変更されないことから、溝ｍの深さは略同等となる。そこで、周辺部の厚みの小さな領域を除く抵抗発熱体５の帯の幅の９０％以内の箇所に溝ｍを形成した場合、溝ｍが抵抗発熱体５を貫通する虞がなく、溝ｍの底部にクラックを発生する虞が小さく好ましい。しかしながら抵抗発熱体５の帯の幅の９０％を越えて溝ｍを形成した場合、抵抗発熱体５の両端の膜厚が薄い箇所に溝ｍが形成されることから、溝ｍが抵抗発熱体５を貫通したりレーザビームが板状体２に照射されたりして、微小クラックが生じる虞があるからである。
The width Wg of the group G is preferably within 90% of the width Wh of the band of the
更に、前記微小クラックが発生するとセラミックスヒータ１に加熱・冷却を繰り返すとウェハＷ表面の温度差が大きくなり均熱性が悪くなる虞がある。最悪、板状体２が破壊する虞がある。
Furthermore, if the micro cracks are generated, if the ceramic heater 1 is repeatedly heated and cooled, the temperature difference on the surface of the wafer W becomes large and the thermal uniformity may be deteriorated. At worst, the plate-
また、上記溝ｍの群Ｇをなす各溝ｍ１、ｍ２・・の深さは、その溝ｍの幅Ｗｍの２０％〜７５％の範囲であることが好ましい（溝深さ／溝幅＝２０〜７５％）。なぜなら２０％未満であると、一本の溝ｍの形成による抵抗値の変化が小さく抵抗値の調整範囲も小さくなることからウェハＷの面内温度差を充分に小さくすることが困難になるからである。 Further, the depth of each of the grooves m1, m2,... Forming the group G of the grooves m is preferably in the range of 20% to 75% of the width Wm of the grooves m (groove depth / groove width = 20). ~ 75%). This is because if it is less than 20%, the change in resistance value due to the formation of one groove m is small and the adjustment range of the resistance value is also small, so it becomes difficult to sufficiently reduce the in-plane temperature difference of the wafer W. It is.
また、溝ｍの深さが幅Ｗｍの７５％を超えると、レーザのファーストパルスのエネルギーが大きく抵抗発熱体５の底部にマイクロクラックが発生し、加熱・冷却を繰り返すとマイクロクラックが成長し、抵抗発熱体５の抵抗値の変化が生じ、抵抗値が変化するとウェハＷの面内温度差が大きくなり均熱性を保てなくなる虞があるからである。
Further, when the depth of the groove m exceeds 75% of the width Wm, the energy of the first pulse of the laser is large and microcracks are generated at the bottom of the
また、レーザトリミングは通常大気中で実施するので、抵抗発熱体５中に含まれる導通成分として、耐熱性および耐酸化性に良好な貴金属であるＰｔやＡｕもしくはこれらの合金を主成分とするものを使用することが好ましい。抵抗発熱体５としては絶縁層との密着性および抵抗発熱体自体の焼結性を向上させるために、３０〜７０重量％のガラス成分を混合することが好ましい。
In addition, since laser trimming is normally performed in the atmosphere, the main component is Pt, Au, or an alloy thereof, which is a noble metal having good heat resistance and oxidation resistance, as a conduction component contained in the
本発明のヒータ１のその他の構成について更に詳細に説明する。板状体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。
The other structure of the heater 1 of this invention is demonstrated in detail. As shown in FIG. 2, arc-shaped bands 5i to 5p having substantially the same line width and folded small-arc-shaped bands 5q are formed in the plate-
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。
Also, arc-shaped bands 5i, 5j adjacent to each other in the radial direction and arc-shaped
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抵抗発熱体ゾーン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。
Further, a pair of folded small arc-shaped bands 5q and a folded small arc-shaped
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、このような抵抗発熱体ゾ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。 That is, in order to improve the thermal uniformity of the mounting surface 3, it is necessary to equalize the heat generation amount per unit volume not only in the arc-shaped bands 5i to 5p but also in the folded small arc-shaped bands 5q to 5v. The distances L1, L2, L3 between a pair of folded small arc-shaped bands 5q-5v located on the same circumference are the same as the distances L4, L5, L6 between the arc-shaped bands 5i-5p adjacent in the radial direction. Although designed to be a distance, in such a resistance heating element zone shape, the heat generation density around the folded portion P5 between the arc-shaped bands 5i to 5p and the folded small arc-shaped bands 5q to 5v is small. In addition, the temperature outside the folded portion P5 is lowered, the in-plane temperature difference of the wafer W is increased, and the thermal uniformity is impaired. On the other hand, in the present invention, the distances L1, L2, and L3 between the pair of folded small arc-shaped bands 5q to 5v located on the same circumference are set between the arc-shaped bands 5i to 5p adjacent in the radial direction. Since each of the corresponding distances L4, L5, and L6 is smaller than the corresponding distances L4, L5, and L6, the heat generation amount of the folded portion P5 is compensated by the heat generated from the opposed folded arcs 5q to 5v, and the temperature drop at the folded portion P5 is reduced. Since it can suppress, the in-plane temperature difference of the wafer W mounted on the mounting surface 3 can be made small, and soaking | uniform-heating property can be improved.
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。 In particular, the distances L1, L2, and L3 between the pair of folded small arc-shaped bands 5q to 5v located on the circumference are set to the corresponding distances L4 and L5 between the arc-shaped bands 5i to 5p adjacent in the radial direction. If the L6 is 30% to 80%, the heat uniformity on the mounting surface 3 can be most enhanced. More preferably, L1, L2, and L3 are 40 to 60% of the corresponding L4, L5, and L6, respectively.
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、ヒータ１を急激に温度上昇や低下しても板状体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ヒータ１を提供できる。
Further, the
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。
The
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。
In addition, the resistance heating element is composed of a plurality of heating elements that can be heated concentrically independently, and the interval between the outermost resistance heating element strip in the concentric circle and the inner band is independent of the outermost periphery. It is characterized by being smaller than the interval between the concentric bands of the resistance heating element excluding the resistance heating element. By forming the
また、本発明のヒータ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ヒータ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。 The heater 1 of the present invention is more preferably divided into three concentric annular resistance heating element zones 4 corresponding to the mounting surface 3 of the wafer W. Evenly heating the surface of the disk-shaped wafer W is affected by the atmosphere around the wafer W, the wall surface facing the wafer W, and the flow of gas, but the surface temperature of the disk-shaped wafer W varies. This is because the flow around the wafer W, the opposing surface of the upper surface, and the flow of the atmospheric gas are designed to be symmetrical with respect to the wafer W. In order to uniformly heat the wafer W, the heater 1 that matches the above-mentioned environment that is symmetric with respect to the wafer W is required, and it is preferable to divide the mounting surface 3 so as to form the resistance heating element zone 4.
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。 In particular, in order to uniformly heat the surface temperature of the wafer W of 300 mm or more, it is preferable that there are three concentric annular resistance heating element zones.
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。
FIG. 3 (a) shows the resistance heating element zone 4 of the present invention. The resistance heating element zone 4 includes a plurality of resistance heating element zones 4 on one main surface of the plate-
また、本発明の前記ヒータ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。
Further, the outer diameter D1 of the resistance
尚、外周部の抵抗発熱体ゾーン４ｅｈの外径Ｄとは、板状体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。
The outer diameter D of the resistance heating element zone 4eh in the outer peripheral portion is the circumscribed area surrounding the resistance heating element 5eh that constitutes the resistance heating element zone 4eh when viewed from a projection plane parallel to the other main surface of the plate-
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％を超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。
If the outer diameter D1 is less than 20% of D, the outer diameter of the resistance
また、外径Ｄ２が外径Ｄの４０％未満では、ヒータ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％を超えると、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。
Further, when the outer diameter D2 is less than 40% of the outer diameter D, the peripheral portion of the heater 1 is easily cooled. Therefore, when the amount of heat generated in the resistance heating element zone 4cd is increased in order to prevent the temperature around the wafer W from decreasing. In addition, the temperature inside the resistance heating element zone 4cd close to the center of the wafer W is increased, and the in-plane temperature difference of the wafer W may be increased. Further, the outer diameter D2 is obtain ultra 55% of the outer diameter D, even by increasing the heating value of trying to prevent the deterioration resistance heating element zone 4cd the temperature around the wafer W, the temperature of the resistance heating element zone 4cd is However, there is a possibility that the temperature decrease around the wafer W reaches the resistance
また、外径Ｄ３が外径Ｄの５５％未満では、ヒータ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％を超えると、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。
Further, when the outer diameter D3 is less than 55% of the outer diameter D, the peripheral portion of the heater 1 is easily cooled. Therefore, when the amount of heat generated in the resistance heating element zone 4eh is increased in order to prevent the temperature around the wafer W from decreasing. In addition, the temperature inside the resistance heating element zone 4eh close to the center of the wafer W is increased, and the in-plane temperature difference of the wafer W may be increased. Further, the outer diameter D3 is obtain ultra 85% of the outer diameter D, even by increasing the heating value of trying to prevent the deterioration resistance heating element zone 4eh the temperature around the wafer W, the temperature of the resistance heating element zone 4eh is However, there is a possibility that the temperature decrease around the wafer W reaches the resistance heating element zone 4cd and the temperature outside the resistance heating element zone 4cd is lowered. Preferably, when the outer diameter D3 is 65% to 85% of the outer diameter D, and more preferably 67 to 70%, the in-plane temperature difference of the wafer W can be further reduced.
更に、上記のように複数の抵抗発熱体５からなるヒータ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。
Furthermore, as described above, the heater 1 composed of the plurality of
図３（ｂ）は、本発明のヒータ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。
FIG. 3B shows an example of the resistance heating element zone 4 of the heater 1 of the present invention. Of the three annular resistance
上記ヒータ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。
Each of the resistance
しかし、ゾーン４ａとゾーン４ｂはヒータ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。
However, the
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。 The annular resistance heating element zones 4cd and 4eh are divided into two and four in the radial direction, respectively, but this is not restrictive.
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。
The boundary line of the resistance
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。
Similarly, the boundary lines of the resistance
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。
Each of the
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、レーザ等で長い溝ｍを形成し抵抗値を調整することが好ましい。
Therefore, the concentric annular resistance heating element zone 4cd except for the central portion of the wafer W mounting surface 3 is divided into left and right parts, and the larger annular resistance heating element zone 4eh is divided into four parts to form the resistance heating element zone 4. Since the printing size of a certain
尚、図４に示す抵抗発熱体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈの抵抗発熱体ゾーンは夫々折り返し抵抗発熱体ゾーンからなる。
Note that the resistance
また、本発明のヒータ１は、板状体２の一方の主面に抵抗発熱体５を備えたヒータ１であって、図４に示すように板状体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抵抗発熱体ゾ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が前記板状体２の直径ＤＰの９０〜９７％であることが好ましい。
The heater 1 of the present invention is a heater 1 having a
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状体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、急速に降温させたりす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。
The diameter D of the circumscribed circle C of the
抵抗発熱体５の外接円Ｃの直径Ｄが板状体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に接する円弧状抵抗発熱体ゾーン５１が存在しない部分からも熱が流れ、外周部の円弧状抵抗発熱体ゾーン５１が板状体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に沿って円弧状抵抗発熱体ゾーン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が板状体２の直径ＤＰの９２〜９５％である。
When the diameter D of the circumscribed circle C of the
また、図１に示す様に板状体２と金属ケース１９の外径が略同等で板状体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が板状体２の直径ＤＰの９１〜９５％であり、更に好ましくは９２〜９４％である。
Further, as shown in FIG. 1, in the case where the outer diameters of the plate-
更に、本発明のヒータ１において、例えば図４の抵抗発熱体５の外接円Ｃと接する円弧状抵抗発熱体ゾーン５１と、該円弧状の帯５１と連続して繋がった連結抵抗発熱体ゾ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抵抗発熱体ゾーンのない空白域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。
Furthermore, in the heater 1 of the present invention, for example, an arc-shaped resistance
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抵抗発熱体ゾーン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、円弧状抵抗発熱体ゾーン５１の線巾Ｗｐより連結抵抗発熱体ゾ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抵抗発熱体ゾーン５２の抵抗を大きくすることができ、連結抵抗発熱体ゾーンである小円弧状の帯５２の温度を円弧状抵抗発熱体ゾーン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。
In order not to lower the temperature of the blank area P, it is necessary to raise the temperature of the blank area. If the resistance of the connected resistance
また、板厚が１〜７ｍｍの板状体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、上記板状体２の下面に抵抗発熱体５を備えたヒータ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。
In addition, in the heater 1 in which the one main surface side of the plate-
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。
That is, if the ratio of the area of the
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。
Preferably, the ratio of the area of the
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が板状体２の厚みの３倍を超えると、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。
More specifically, the
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。
Furthermore, in order to efficiently exhibit such an effect, the thickness of the
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を超えると、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、好ましくは、抵抗発熱体５の厚みを１０〜３０μｍとすることが良い。
This is because if the thickness of the
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であるセラミックスからなる板状体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。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer heating apparatus according to the present invention. One main part of a plate-
１００〜２００℃のヤング率が２００〜４５０ＭＰａである板状体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、板状体２の材質として好適である。
As a material of the plate-
板状体２の厚みは、２〜５ｍｍとすると更に好ましい。板状体２の厚みが２ｍｍより薄いと、板状体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、板状体２の厚みが５ｍｍを超えると、板状体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。
The thickness of the plate-
板状体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、これにより板状体２の反りを抑制し、ウェハ表面に、板状体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。
The plate-
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、板状体２と接触部材１７が平面で接触する場合において、板状体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に流れ量を小さくすることができる。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を超える場合には、板状体２の熱が接触部材に流れ、板状体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。
The cross section of the ring-shaped
また、接触部材１７の熱伝導率は板状体２の熱伝導率より小さいことが好ましい。接触部材１７の熱伝導率が板状体２の熱伝導率より小さければ板状体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。
Further, the thermal conductivity of the
接触部材１７の熱伝導率が板状体２の熱伝導率の１０％より小さいヒータ１では、板状体２の熱が有底の金属ケース１９に流れ難く、板状体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。
In the heater 1 in which the thermal conductivity of the
接触部材１７の熱伝導率が板状体２の熱伝導率より大きい場合には、板状体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からエアーを噴射し板状体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ったりする虞があった。
When the thermal conductivity of the
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。
On the other hand, as a material constituting the
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。
In addition, the precision which cannot be obtained with the contact member which consists of resin which added fluororesin and glass fiber like
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。
As the material of the
更に、接触部材１７と板状体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。
Furthermore, since the contact portion between the
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，板状体２を冷却するためのガス噴射口２４、板状体２の温度を測定するための熱電対２７を設置してある。
Next, the bottomed
なお、有底の金属ケース１９の深さは１０〜５０ｍｍで、底面２１は、板状体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。
In addition, the depth of the bottomed
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。
Then, work such as placing the wafer W on the placement surface 3 or lifting it from the placement surface 3 is performed by
また、このヒータ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。 In order to heat the wafer W by the heater 1, the wafer W carried to the upper side of the mounting surface 3 by the transfer arm (not shown) is supported by the lift pins 25, and then the lift pins 25 are lowered to move the wafer. W is placed on the placement surface 3.
次に、ヒータ１をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状体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。
Next, when the heater 1 is used for forming a resist film, if the main component of the plate-
なお、板状体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たりして十分混合し、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。
Note that the silicon carbide sintered body forming the plate-
一方、炭化珪素質焼結体を板状体２として使用する場合、半導電性を有する板状体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を超えると、板状体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。
On the other hand, when a silicon carbide sintered body is used as the plate-
さらに、板状体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。
Furthermore, the main surface opposite to the mounting surface 3 of the plate-
また、板状体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。
Further, when the plate-
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。
The glass that forms this insulating layer may be crystalline or amorphous, and has a heat-resistant temperature of 200 ° C. or higher and a thermal expansion coefficient in the temperature range of 0 ° C. to 200 ° C. constituting the plate-
なお、ガラスからなる絶縁層を板状体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。
As a means for depositing an insulating layer made of glass on the plate-
本発明の抵抗発熱体５の抵抗発熱体ゾーン形状としては、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抵抗発熱体ゾーンと直線状の抵抗発熱体ゾ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、本願発明のヒータ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、これらの抵抗発熱体ゾ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抵抗発熱体ゾーンでは、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。
The resistance heating element zone shape of the
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。
Further, when the
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。
The
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。
Here, the reason why at least one kind of metal of Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Rh is used as the metal particles forming the
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体２の熱膨張係数に近づけるには、板状体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。
The glass frit forming the
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体２の熱膨張係数と近く、板状体２との密着性も優れるからである。
In addition, as the metal oxide forming the
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。
However, if the content of the metal oxide exceeds 80% with respect to the
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。
The
即ち、抵抗発熱体５と板状体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。
That is, it is difficult to make the difference in thermal expansion between the
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、所定の抵抗発熱体ゾ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。
Further, as the
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。
However, when silver (Ag) or copper (Cu) is used for the
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。
Further, regarding the method of feeding power to the
また、板状体２の温度は、板状体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。
Further, the temperature of the plate-
なお、板状体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。
As shown in FIG. 1, a plurality of support pins 8 are provided on one main surface of the plate-
また、図１では板状体２の他方の主面３に抵抗発熱体５のみを備えたヒータ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。
Although FIG. 1 shows the heater 1 having only the
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４ｍｍ、外径２３０ｍｍの円板状をした均熱板を複数制作し、各均熱板の一方の主面に絶縁層を被着するため、ガラス粉末に対してバインダーとしてのエチルセルロースと有機溶剤としてのテルピネオール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敷設し、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させた後、５５０℃で３０分間脱脂処理を施し、さらに７００〜９００℃の温度で焼付けを行うことにより、ガラスからなる厚み２００μｍの絶縁層を形成した。次いで絶縁層上に抵抗発熱体を被着させるため、導電材として２０重量％のＡｕ粉末と１０重量％のＰｔ粉末と７０重量％のガラスを所定量の抵抗発熱体ゾーン形状に印刷した後、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに４５０℃で３０分間脱脂処理を施した後、５００〜７００℃の温度で焼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。抵抗発熱体は、中心部と外周部を周方向に４分割した８抵抗発熱体ゾーン構成とした。 A silicon carbide sintered body having a thermal conductivity of 80 W / (m · K) is ground to produce a plurality of soaking plates having a plate thickness of 4 mm and an outer diameter of 230 mm. In order to deposit an insulating layer on one main surface, a glass paste prepared by kneading ethyl cellulose as a binder and terpineol as an organic solvent into glass powder was laid by screen printing and heated to 150 ° C. After drying the organic solvent, degreasing treatment was performed at 550 ° C. for 30 minutes, and baking was performed at a temperature of 700 to 900 ° C. to form an insulating layer made of glass having a thickness of 200 μm. Next, in order to deposit a resistance heating element on the insulating layer, 20 wt% Au powder, 10 wt% Pt powder, and 70 wt% glass as a conductive material are printed in a predetermined amount of resistance heating element zone shape, The organic solvent was dried by heating to 150 ° C., degreased at 450 ° C. for 30 minutes, and then baked at a temperature of 500 to 700 ° C. to form a resistance heating element having a thickness of 50 μm. The resistance heating element had an 8-resistance heating element zone configuration in which the central portion and the outer peripheral portion were divided into four in the circumferential direction.
そして、図４（ａ）のように位置決め表示部７を施した均熱板（試料Ｎｏ．１）と、図４（ｂ）のように位置決め表示部７を帯状の抵抗発熱体から離して隣接した位置に設けた均熱板（試料Ｎｏ．２）、同じ抵抗発熱体で位置決め表示部７のない均熱板（試料Ｎｏ．３）を作製した。
Then, the heat equalizing plate (sample No. 1) provided with the
こうして作製した抵抗発熱体の各抵抗発熱体ゾーンをそれぞれ５４箇所に帯を分割し、各箇所で設計した抵抗値と実測抵抗値との違いをレーザビームを照射して溝を形成して抵抗調整した。 Each resistance heating element zone of the resistance heating element thus manufactured is divided into 54 zones, and the difference between the resistance value designed at each location and the actually measured resistance value is irradiated with a laser beam to form a groove to adjust the resistance. did.
そして、試料Ｎｏ．１、２は位置決め表示部を基準に溝を形成し、試料Ｎｏ．３は板状セラミックス体の外形を基準に溝を形成した。前記溝の形成方法としては日本電気製のＹＡＧレーザを使用した。レーザビームは、波長が１．０６μｍ、パルス周波数1ＫＨｚ、レーザ出力０．４Ｗ、加工速度５ｍｍ／ｓｅｃとして照射した。 And sample no. Nos. 1 and 2 have grooves formed on the basis of the positioning display part. No. 3 formed grooves on the basis of the outer shape of the plate-like ceramic body. As a method for forming the groove, a YAG laser manufactured by NEC was used. The laser beam was irradiated with a wavelength of 1.06 μm, a pulse frequency of 1 KHz, a laser output of 0.4 W, and a processing speed of 5 mm / sec.
尚、上記条件で作製された溝の幅は約５０〜６０μｍで深さは約２０〜２５μｍであった。そして、各群に形成された溝と溝との間隔であるピッチは約６５μｍで最大の溝の数は１３個であった。 In addition, the width | variety of the groove | channel produced on the said conditions was about 50-60 micrometers, and the depth was about 20-25 micrometers. And the pitch which is the space | interval of the groove | channel formed in each group was about 65 micrometers, and the number of the largest groove | channels was 13.
そして、上記均熱板を金属ケースに取り付け、測温素子や給電端子等を取り付けセラミックスヒータ試料Ｎｏ．1〜３を完成した。 Then, the soaking plate is attached to a metal case, a temperature measuring element, a power feeding terminal and the like are attached, and a ceramic heater sample No. Completed 1-3.
その後、測温素子付きのシリコンウェハを載置面に載せてセラミックスヒータを加熱し、ウェハ全体の温度の平均が２００℃になるようにして、前記の測温素子付きのシリコンウェハを用いてウェハ表面の温度ばらつきを測定した。 Thereafter, a silicon wafer with a temperature measuring element is placed on the mounting surface and the ceramic heater is heated so that the average temperature of the entire wafer becomes 200 ° C., and the wafer using the silicon wafer with the temperature measuring element is used. The temperature variation of the surface was measured.
それぞれの結果は表１に示すとおりである。
表１に示すように、抵抗発熱体の帯に位置決め表示部７が形成された本発明の試料Ｎｏ．１、２はウェハＷ表面の面内温度差が０．３℃以内であり温度分布が小さく良好な結果を示した。
As shown in Table 1, the sample No. of the present invention in which the
それに対し、位置決め表示部のない試料Ｎｏ．３はウェハＷ表面の面内温度差が０．４５℃とウェハ面内の温度差が大きかった。 On the other hand, sample No. with no positioning display part. In No. 3, the in-plane temperature difference on the wafer W surface was 0.45 ° C., and the in-plane temperature difference was large.
実施例１と同様な方法で試料を作製した。尚、図４に示す凸部からなる位置決め表示部を形成し、溝を帯びの外側に形成したものと、内側に形成したもの、中央に形成したものを作製した。また、比較用として溝を内側と外側に混在したヒータを作製した。 A sample was prepared in the same manner as in Example 1. In addition, the positioning display part which consists of a convex part shown in FIG. 4 was formed, and what was formed in the inner side, what was formed in the center, and what was formed in the center were produced. For comparison, a heater was prepared in which grooves were mixed inside and outside.
また、抵抗発熱体の帯を１．５ｍｍ幅で形成し、その帯にレーザにより溝の群を形成した。溝の群は、板状セラミックス体の外側に位置する帯の部分に形成した。そして、溝の群と群との間隔を変えた試料を作製した。 Further, a band of the resistance heating element was formed with a width of 1.5 mm, and a group of grooves was formed in the band with a laser. The group of grooves was formed in a band portion located outside the plate-like ceramic body. And the sample which changed the space | interval of the group of a groove | channel was produced.
尚、群と群の間隔とは抵抗発熱体の各抵抗発熱体ゾーンを分割し各部の抵抗を測定し抵抗の小さな部分で溝を形成し抵抗を大きくすることで各抵抗発熱体ゾーンの各部の抵抗ばらつきを小さくすることができる。従って、群と群との間隔とは上記各部の抵抗測定間隔である群と群との間隔であり、各抵抗発熱体ゾーンの中で最も小さい群と群の間隔で示す。 The distance between the groups is determined by dividing each resistance heating element zone of the resistance heating element, measuring the resistance of each part, forming a groove at a small resistance part, and increasing the resistance, thereby increasing the resistance of each part of each resistance heating element zone. Resistance variation can be reduced. Therefore, the distance between the groups is the distance between the groups, which is the resistance measurement interval of each part, and is the smallest group-to-group distance among the resistance heating element zones.
そして、実施例と同様に評価し、その結果を表２に示す。
表２から判るように試料Ｎｏ．２１〜２６は、群と群との最小の間隔が抵抗発熱体の帯の幅１．５ｍｍより小さく、ウェハＷ全体の温度差が０．２７℃以内であり良い結果が得られた。更に、群と群との最小の間隔が１．２ｍｍ以下と帯びの幅の８０％以下である試料Ｎｏ．２１〜２４はウェハ面内の温度差が０．２２℃以下とさらに小さく好ましいことが分った。 As can be seen from Table 2, sample no. In Nos. 21 to 26, the minimum distance between the groups was smaller than the width of the band of the resistance heating element, and the temperature difference of the entire wafer W was within 0.27 ° C., and good results were obtained. Furthermore, the sample No. whose minimum distance between the groups is 1.2 mm or less and 80% or less of the band width. It has been found that 21 to 24 are preferable because the temperature difference in the wafer surface is 0.22 ° C. or less.
一方、溝の形成位置が帯の内側や外側に混在している試料Ｎｏ．２６、２７はウェハ面内の温度差が０．２７℃、０．３℃とやや大きかった。 On the other hand, Sample No. in which the groove formation position is mixed inside and outside the band. Nos. 26 and 27 had a slightly large temperature difference in the wafer plane of 0.27 ° C. and 0.3 ° C.
しかし、帯の中央や外側或いは内側に溝や溝の群を形成した試料Ｎｏ．２１〜２５はウェハの面内温度差が０．２４℃以下と小さく好ましいことが分った。 However, the sample No. 1 in which a groove or a group of grooves was formed at the center, outside or inside of the band. It was found that 21 to 25 are preferable because the in-plane temperature difference of the wafer is as small as 0.24 ° C. or less.
Ｗ：ウェハ
ｍ：溝
ｇ：溝の群
1、７１：セラミックスヒータ
２，７２：板状セラミック体
３、７３：載置面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１０：測温素子
１１、７７：給電端子
１２：ガス噴射口
１４，４５：リフトピン
１５：リフトピンガイド
１６、８０：ボルト
１８：弾性体
１９、７９：金属ケース
２０：ナット
７６：リード線引出用の孔
７８：リード線
１００：均熱板
W: Wafer m: Groove g: Groove group
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