JP4658913B2

JP4658913B2 - ウェハ支持部材

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Publication number: JP4658913B2
Application number: JP2006325350A
Authority: JP
Inventors: 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2007142441A

Description

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支持部材に関するものである。

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支持部材が用いられている。

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、ウェハ支持部材が広く使用されている。

このようなウェハ支持部材として、例えば特許文献１、特許文献２や特許文献３には、図６に示すようなウェハ支持部材が提案されている。

このウェハ支持部材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。

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。

ところで、このようなウェハ支持部材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。

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支持部材が開示されている。この抵抗発熱体は図７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８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支持部材が開示されている。

また、特許文献５には、図９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支持部材が開示されている。

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支持部材が求められていた。
特開２００１−２０３１５６号公報特開２００１−３１３２４９号公報特開２００２−７６１０２号公報特開平１１−１２１３８５号公報特開平１１−３５４５２８号公報

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。

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。

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支持部材が示されているが、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。

また、特許文献４に記載のウェハ支持部材では図７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８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。

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。

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支持部材であって、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、熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいリング状の接触部材を介して固定された、該給電部を囲む金属ケースとを有し、該金属ケースには前記板状セラミックス体を冷却するガス噴射口を備え、前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、前記円形の抵抗発熱体ゾーンの外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、最外周の前記抵抗発熱体ゾーンは、周方向に分割された複数の最も外側の円弧状パターンと、該円弧状パターンに連続して繋がった連結パターンとを備え、前記円弧状のパターン間の間隔が、前記板状セラミックス体の直径と最外周の前記抵抗発熱体ゾーンの外径との差より小さくする。

また、本発明は、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支持部材であって、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、熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいリング状の接触部材を介して固定された、前記給電部を囲む金属ケースとを有し、前記板状セラミックス体と前記金属ケースが直接当たらないように前記接触部材を介しているとともに、前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、前記円形の抵抗発熱体ゾーンの外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、最外周の前記抵抗発熱体ゾーンは、周方向に分割された複数の最も外側の円弧状パターンと、該円弧状パターンに連続して繋がった連結パターンとを備え、前記円弧状のパターン間の間隔が、前記板状セラミックス体の直径と最外周の前記抵抗発熱体ゾーンの外径との差より小さくする。

更に、前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１５〜４０％であり、前記中心部の抵抗発熱体ゾーンの次の外側の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜６０％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６０〜８５％とする。

また、前記抵抗発熱体ゾーンの全ての抵抗発熱体を囲み複数の該抵抗発熱体に接する円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％とする。

特に、前記抵抗発熱体ゾーンの全ての抵抗発熱体を囲み複数の該抵抗発熱体に接する円の面積に対し、前記円内に占める抵抗発熱体の面積の比率が５〜５０％とする。

また、前記接触部材の断面を円形とする。

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支持部材であって、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、熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいリング状の接触部材を介して固定された該給電部を囲む金属ケースとを有し、該金属ケースには前記板状セラミックス体を冷却するガス噴射口を備え、前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、前記円形の抵抗発熱体ゾーンの外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、最外周の前記抵抗発熱体ゾーンは、周方向に分割された複数の最も外側の円弧状パターンと、該円弧状パターンに連続して繋がった連結パターンとを備え、前記円弧状のパターン間の間隔が、前記板状セラミックス体の直径と最外周の前記抵抗発熱体ゾーンの外径との差より小さくす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。

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支持部材であって、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、熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいリング状の接触部材を介して固定された、前記給電部を囲む金属ケースとを有し、前記板状セラミックス体と前記金属ケースが直接当たらないように前記接触部材を介しているとともに、前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、前記円形の抵抗発熱体ゾーンの外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、最外周の前記抵抗発熱体ゾーンは、周方向に分割された複数の最も外側の円弧状パターンと、該円弧状パターンに連続して繋がった連結パターンとを備え、前記円弧状のパターン間の間隔が、前記板状セラミックス体の直径と最外周の前記抵抗発熱体ゾーンの外径との差より小さくす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。

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１５〜４０％であり、前記中心部の抵抗発熱体ゾーンの次の外側の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜６０％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６０〜８５％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。

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支持部材であって、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、前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、前記円形の抵抗発熱体ゾーンの外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、前記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、円環を２等分した２個の扇状であり、その次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個の扇状であり、最も外側の抵抗発熱体ゾーンは、円環を円周方向に８等分した８個の扇状であることでウェハの均熱性の高いウェハ支持部材が得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るウェハ支持部材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。

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。

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。

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、ロー付け等の手法を用いてもよい。

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に分割するのは、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支持部材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。

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。

図２（ａ）は本発明のウェハ支持部材１で、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、中心部に円形の抵抗発熱体ゾーン４ａ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４ｂｃ、４ｄｇと、抵抗発熱体ゾーン４ｈｏとを備える各抵抗発熱体ゾーン４の配置例を示す。この例では、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。

本発明の前記ウェハ支持部材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４ｈｏの外径Ｄの１５〜４０％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４０〜６０％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６０〜８５％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。

尚、外周部の抵抗発熱体ゾーン４ｈｏ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４ｈｏを構成する抵抗発熱体５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎ、５ｏを囲み接する円の直径である。また、同様に、抵抗発熱体ゾーン４ｂｃの外径Ｄ２とは、前記抵抗発熱体ゾーン４ｂｃを構成する抵抗発熱体５ｂ、５ｃを囲み接する円の直径である。また、Ｄ３は、抵抗発熱体５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎ、５ｏの内側に接する円の直径である。

外径Ｄ１がＤの１５％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２２〜２６％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。

また、外径Ｄ２が外径Ｄの４０％未満では、ウェハ支持部材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４ｄｇ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４ｄｇ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６０％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４ｄｇの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン４ｄｇ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４ｂｃに達し、抵抗発熱体ゾーン４ｂｃ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４５％〜５４％であり、更に好ましくは４８〜５１％とするとウェハＷの面内温度差は更に小さくできた。

また、外径Ｄ３が外径Ｄの６０％未満では、ウェハ支持部材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４ｈｏ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４ｈｏ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４ｈｏの発熱量を大きくしても、抵抗発熱体ゾーン４ｈｏ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４ｄｇに達し、抵抗発熱体ゾーン４ｄｇ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６５％〜７５％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。

更に、ウェハ支持部材１の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、ウェハＷの面内温度差がより小さくなる事がわかった。

図２（ｂ）は、本発明のウェハ支持部材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４ｂｃ、４ｄｇ、４ｈｏのうち、最も内側の抵抗発熱体ゾーン４ｂｃは、円環を２等分した２個の扇状の抵抗発熱体ゾーン４ｂ、４ｃであり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｄｇ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４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇであり、その外側の抵抗発熱体ゾーン４ｈｏは、円環を円周方向に８等分した８個の扇状の抵抗発熱体ゾーン４ｈ、４ｉ、４ｊ、４ｋ、４ｌ、４ｍ、４ｎ、４ｏ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。

上記ウェハ支持部材１の各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｏは独立して発熱でき、各抵抗発熱体ゾーン４ａ〜４ｏに対応して抵抗発熱体５ａ〜５ｏを備えている。

尚、円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｂｃ、４ｄｇ、４ｈｏはそれぞれ放射方向に２分割、４分割、８分割したが、これに限るものではない。

図２（ｂ）の抵抗発熱体ゾーン４ｂ、４ｃ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４ｂ、４ｃ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。

同様に、抵抗発熱体ゾーンの４ｄと４ｅ、４ｅと４ｆ、４ｆと４ｇ、４ｇと４ｄ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。

上記の各抵抗発熱体５を印刷法等で作製し、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。

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４ｂｃ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４ｄｇは４分割し、また、最も大きな円環状の抵抗発熱体ゾーン４ｈｏは８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。

尚、図３に示す抵抗発熱体５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎ、５ｏのパターンは夫々折り返しパターンからなり、図４に示す抵抗発熱体はこれらの折り返しパターンが渦巻き状となった例を示す。また、これらのパターンを複合したパターンでも良い。

また、本発明のウェハ支持部材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を備えたウェハ支持部材１であって、図３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５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ、５ｊ、５ｋ、５ｌ、５ｍ、５ｎ、５ｏ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パターン５１とこれらと連続して繋がっている連結パターン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９０〜９９％であることが好ましい。

前記円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。

前記円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９９％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の円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９２〜９７％である。

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％であり、更に好ましくは９３〜９５％である。

一方、図５に示す様な板状セラミックス体２の外周面を覆うように金属ケースが接続した場合には、抵抗発熱体５の円Ｃの直径Ｄが板状セラミックス体２の直径ＤＰの９５〜９８％が好ましく、更に好ましくは９６〜９７％である。

更に、本発明のウェハ支持部材１において、例えば図３の抵抗発熱体５の円Ｃと接する円弧状パターン５１と、該円弧状パターン５１と連続して繋がった連結パターン５２とを備え、前記円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Ｓが、前記板状セラミックス体の直径ＤＰと前記円Ｃの直径Ｄとの差（以下、Ｌと略する）より小さいことが好ましい。間隔ＳがＬ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ＳがＬ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。

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５２の線巾Ｗｓを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。

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、前記板状セラミックス体２の下面に抵抗発熱体５を備えたウェハ支持部材１において、前記抵抗発熱体５の厚みが５〜５０μｍであるとともに、前記板状セラミックス体２の主面に平行な投影面で見て、前記前記抵抗発熱体５を囲む円Ｃの面積に対し、該円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率が５〜５０％であることが好ましい。

即ち、前記抵抗発熱体５を囲む円Ｃの面積に対し、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Ｓ１が大きくなり過ぎることから、抵抗発熱体５のない間隔Ｓ１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を囲む円Ｃの面積に対し、円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率が５０％を超えると、板状セラミック体２と抵抗発熱体５との間の熱膨張係数の差を３．０×１０^−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に反りが発生し、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恐れがあるからである。

なお、好ましくは、抵抗発熱体５を囲む円Ｃの面積に対し、円Ｃ内に占める抵抗発熱体５の面積の比率を１０％〜３０％、さらには１５％〜２５％とすることが好ましい。

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Ｓ１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Ｓ１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Ｓ１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Ｓ１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。

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。

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、円Ｃに対し、抵抗発熱体５の占める面積の比率を５０％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。

更に詳細な構成について説明する。

図１は本発明に係るウェハ支持部材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。

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ラ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。

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。

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。

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と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。

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。

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％より小さいウェハ支持部材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、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。

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。

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。

尚、特開２００１−３１３２４９号公報に記載のような、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、ウェハ支持部材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。

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（Ａｌ_２Ｏ_３）イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）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。

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。

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。

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Ｙ_２Ｏ_３やＹｂ_２Ｏ_３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。

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。

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。

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、本願発明のウェハ支持部材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７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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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との熱膨張係数の差が３．０×１０^−６／℃以下であるものを用いることが好ましい。

即ち、抵抗発熱体５と板状セラミック体２との熱膨張係数の差を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との熱膨張係数の差が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側が凹状に反る虞があるからである。

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（Ｒｅ_２Ｏ_３）、ランタンマンガネート（ＬａＭｎＯ_３）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。

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。

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。

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。

なお、板状セラミック体２の一方の主面には、図５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。

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支持部材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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、その外側の円環を同等の２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、その外側に外径Ｄ２ｍｍの円環を４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８つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計１５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。

また、比較用として図９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．３１を作製した。同様に試料Ｎｏ．３２は図８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．３３は図７に示す構成の抵抗発熱体ゾーンの形状とした。試料Ｎｏ．３４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支持部材を作製した。

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。

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支持部材とした。

また、板状セラミックス体の周辺部下面を支持する支持構造（１）と、板状セラミックス体の外周面を支持する支持構造（２）との２つの構造でウェハ支持部材を作製した。尚、支持構造（１）では、板状セラミックス体の直径と金属ケースの外径である直径を同じとした。

尚、接触部材１７の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．１〜３４とした。

作製したウェハ支持部材の評価は、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。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け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。

それぞれの結果は表１に示す通りである。

本願発明のウェハ支持部材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．１〜３０のウェハ支持部材１はウェハＷの温度差は０．５℃未満で且つ応答時間は５９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１５〜４０％であり、外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜６０％であり、外径Ｄ３は外径Ｄの６０〜８５％であるウェハ支持部材１は、表１の試料Ｎｏ．２〜９、１２〜１９、２２〜２９であり、ウェハＷの温度差は０．４５℃以下と小さく、しかも応答時間は４８秒以下と小さく優れた特性を示す事が分った。

更に、中心部の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ１は抵抗発熱体の円Ｃの直径Ｄの２０〜３０％である試料Ｎｏ．４〜７のウェハ支持部材で、ウェハの温度差が０．３１℃以下と小さく、且つ応答時間も３９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２２〜２６％である試料Ｎｏ．５〜６のウェハ支持部材で、ウェハの温度差が０．２２℃以下と小さく応答時間は３７秒以下と小さく更に好ましいことが分った。

また、外径Ｄ２はＤの４５〜５４％である試料Ｎｏ．１４〜１７のウェハ支持部材で、ウェハの温度差が０．３５℃以下と小さく応答時間は３６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４８〜５１％である試料Ｎｏ．１５〜１６のウェハ支持部材で、ウェハの温度差が０．２１℃以下と小さく応答時間は３２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６５〜７５％である試料Ｎｏ．２４〜２７のウェハ支持部材で、ウェハの温度差が０．３２℃以下と小さく応答時間は３５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６７〜７０％である試料Ｎｏ．２５〜２６のウェハ支持部材で、ウェハの温度差が０．２０℃以下と小さく応答時間は３１秒以下と小さく更に好ましいことが分った。

実施例１と同様に板状セラミックス体を作製した。

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。

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部分に２つのパターンを形成し、その外側の円環状の部分に４つのパターンを備え、更に最外周に８つのパターンの計１５個のパターン構成とした。そして、最外周の８つのパターンの円Ｃの直径を３１０ｍｍとして、板状セラミックス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。

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。

尚、接触部材１７の断面は円形状で、リング状とした。円形状の断面の大きさは、直径１ｍｍとした。また、接触部材の材質はＳＵＳ３０４、炭素鋼を用いた。作製した各種のウェハ支持部材を試料Ｎｏ．３１〜４１とした。

それぞれの結果は表２に示す通りである。

表２の試料Ｎｏ．３５は、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体に接する円の直径の比率が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５５秒とやや大きかった。

試料Ｎｏ．４５は板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体に接する円の直径の比率が９９．５％と大きくウェハの面内温度差は１．０２℃と大きく、応答時間も６２秒と大きく好ましくなかった。

これらに対し、試料Ｎｏ．３６〜４４はウェハの面内の温度差が０．２２℃以下と小さく、しかも応答時間も３２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に接する円の直径の比率は、９０〜９９％が優れたウェハ支持部材であることが分る。

更に、板状セラミックス体の外周部下面で金属ケースと接触部材を介して接続した支持構造（１）では、試料Ｎｏ．３７〜３９に示すように板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体に接する円の直径の比率が９２〜９５％で、ウェハの面内温度差が０．１９℃以下で且つ応答時間が３１秒以下とより優れている。特に、試料Ｎｏ．３８，３９は面内温度差が０．１７℃以下で応答時間も３０秒以下と小さいことから、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体に接する円の直径の比率が９３〜９５％であると更に好ましいことが分る。

一方、板状セラミックス体の外周部側面で金属ケースと接触部材を介して接続した支持構造（２）では、試料Ｎｏ．４０〜４３に示すように板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体に接する円の直径の比率が９５％〜９８％で、ウェハの面内温度差が０．２１℃以下で且つ応答時間は２６秒以下と優れていた。特に、試料Ｎｏ．４１，４２の面内温度差はどちらも０．１９℃以下で応答時間が２４秒以下と小さいことから、板状セラミックス体の直径に対する抵抗発熱体に接する円の直径の比率が９６％〜９７％であると更に好ましいことが分る。

実施例１と同様の工程で板状セラミックス体を作製した。そして、板状セラミックス体の主面に実施例１と同様の工程で抵抗発熱体を印刷した。抵抗発熱体のパターンは実施例１と同様の構成として、抵抗発熱体として最外周の８つのパターンに接する円の一部に円弧状パターンのない空白域Ｐの間隔Ｓと、前記抵抗発熱体に接する円の直径を３１０ｍｍとして板状セラミックス体の直径を変えたウェハ支持部材を作製した。

また、板状セラミックス体に上記接触部材を介してアルミニウム製の有底の金属ケースを取り付けウェハ支持部材を作製した。

そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表３に示す。

板状セラミックス体の直径と抵抗発熱体に接する円の直径との差Ｌが、空白域の間隔Ｓより大きい試料Ｎｏ．５１、５５、５７は、ウェハの温度差はそれぞれ０．４４、０．４５、０．４４℃で応答時間は３５、３３、３１秒とやや大きかった。

これらに対し、試料Ｎｏ．５２、５３，５４、５６、５８の空白域の間隔Ｓは差Ｌより小さく、ウェハの温度差は０．１９℃以下で、しかも応答時間は２５秒以下と優れた特性を示すことが判明した。

実施例１と同様に板状セラミックス体を作製した。

ただし、ペーストの印刷厚みは２０μｍとし、また、抵抗発熱体を囲み接する円に対し、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。

そして、実施例１と同様に評価した。その結果を表４に示す。

この結果、試料Ｎｏ．６０のように、抵抗発熱体を囲み接する円に対し、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．６９のように、抵抗発熱体を囲み接する円に対し、抵抗発熱体の占める面積の比率が５０％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０．３８℃と大きかった。

これに対し、試料Ｎｏ．６１〜６８に示すように、抵抗発熱体に接する円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を５〜５０％とした試料は、ウェハの面内温度差が０．２５℃以下と小さくすることができ、優れていた。

また、試料Ｎｏ．６２〜６６のように、抵抗発熱体に接する円に対して、抵抗発熱体の占める面積の比率を１０〜３０％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．６３〜６５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１５〜２５％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、特に優れていた。

本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。（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。本発明の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。本発明の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。本発明の他のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。従来のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。従来の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。従来の他の抵抗発熱体の形状を示す概略図である。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

１、７１：ウェハ支持部材
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
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

Claims

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支持部材であって、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、熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいリング状の接触部材を介して固定された、前記給電部を囲む金属ケースとを有し、該金属ケースには前記板状セラミックス体を冷却するガス噴射口を備え、前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、前記円形の抵抗発熱体ゾーンの外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、最外周の前記抵抗発熱体ゾーンは、周方向に分割された複数の最も外側の円弧状パターンと、該円弧状パターンに連続して繋がった連結パターンとを備え、前記円弧状のパターン間の間隔が、前記板状セラミックス体の直径と最外周の前記抵抗発熱体ゾーンの外径との差より小さいことを特徴とするウェハ支持部材。
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支持部材であって、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、熱伝導率が前記板状セラミックス体の熱伝導率より小さいリング状の接触部材を介して固定された、前記給電部を囲む金属ケースとを有し、前記板状セラミックス体と前記金属ケースが直接当たらないように前記接触部材を介しているとともに、前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、前記円形の抵抗発熱体ゾーンの外側の同心円の３つの円環状の抵抗発熱体ゾーンからなり、最外周の前記抵抗発熱体ゾーンは、周方向に分割された複数の最も外側の円弧状パターンと、該円弧状パターンに連続して繋がった連結パターンとを備え、前記円弧状のパターン間の間隔が、前記板状セラミックス体の直径と最外周の前記抵抗発熱体ゾーンの外径との差より小さいことを特徴とするウェハ支持部材。
前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１５〜４０％であり、前記中心部の抵抗発熱体ゾーンの次の外側の抵抗発熱体ゾーンの外径Ｄ２は外径Ｄの４０〜６０％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６０〜８５％であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持部材。
前記抵抗発熱体ゾーンの全ての抵抗発熱体を囲み複数の該抵抗発熱体に接する円の直径が前記板状セラミックス体の直径の９０〜９９％であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウェハ支持部材。
前記円の面積に対し、該円内に占める抵抗発熱体の面積の比率が５〜５０％であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のウェハ支持部材。
前記接触部材の断面が円形であ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支持部材。