特許 7573165 ウエハ加熱装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】ウエハ加熱装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241018BHJP

   H05B 3/20 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H05B3/20 310

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023072609

(22)【出願日】2023-04-26

【審査請求日】2024-02-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100147

【弁理士】

【氏名又は名称】山野 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116366

【弁理士】

【氏名又は名称】二島 英明

(72)【発明者】

【氏名】北林 桂児

(72)【発明者】

【氏名】木村 功一

(72)【発明者】

【氏名】先田 成伸

(72)【発明者】

【氏名】藤井 亮成

(72)【発明者】

【氏名】板倉 克裕

【審査官】杢 哲次

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－１８６７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－７６５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－４８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４０９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２４４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７５４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３１４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－９６７６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０５Ｂ ３／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエハが載置される保持台と、
前記保持台の下方に配置された台座部と、
前記台座部から上方に延び、前記保持台と前記台座部との間に空間が形成されるように前記保持台を支持する支持部と、を備え、
前記保持台は、
ベース板と、
前記ベース板の下方に配置されたヒータと、
前記ヒータの下面に面接触するように配置された押え板と、を備え、
前記ヒータは、絶縁シートと、前記絶縁シートの内部に配置された抵抗加熱体と、を備え、
前記押え板の下面の放射率は、０．５以下で、かつ前記絶縁シートの放射率よりも低い、
ウエハ加熱装置。

【請求項2】

前記押え板の下面の算術平均粗さＲａが１μｍ以下である、請求項１に記載のウエハ加熱装置。

【請求項3】

前記押え板の前記下面の放射率は０．２以下である、請求項１または請求項２に記載のウエハ加熱装置。

【請求項4】

前記ベース板は、セラミックスとシリコンとの複合体によって構成されており、
前記押え板は、コバールによって構成されている、請求項１または請求項２に記載のウエハ加熱装置。

【請求項5】

前記保持台はさらに冷却板を備え、
前記冷却板は冷媒の流路を備える、請求項１または請求項２に記載のウエハ加熱装置。

【請求項6】

前記冷却板は、前記ベース板と前記ヒータとの間に配置されている、請求項５に記載のウエハ加熱装置。

【請求項7】

前記押え板の下面から前記ベース板の下面に至る第一貫通孔と、
前記押え板の下方から前記第一貫通孔を通って前記ベース板にねじ結合した第一ボルトと、を備える、請求項６に記載のウエハ加熱装置。

【請求項8】

前記押え板の下面から前記冷却板の下面に至る第二貫通孔と、
前記押え板の下方から前記第二貫通孔を通って前記冷却板にねじ結合した第二ボルトと、を備える、請求項７に記載のウエハ加熱装置。

【請求項9】

前記第一ボルトおよび前記第二ボルトの少なくとも一方は、前記押え板と同じ材料で形成されている、請求項８に記載のウエハ加熱装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ウエハ加熱装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ウエハプローバに用いられるウエハ保持体を開示する。ウエハプローバは、複数の回路が形成されたウエハを個々のチップに切断する前に、ウエハを加熱しながら各チップの電気性能を測定する検査装置である。特許文献１に開示されるウエハ保持体は、ウエハを吸着するチャックトップと、チャックトップを支持する支持体と、を備える。チャックトップは、ウエハを加熱する加熱体を備える。ウエハ保持体とチャックトップはそれぞれ、本開示におけるウエハ加熱装置と保持台に相当する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－４９１０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年の半導体の需要に応えるべく、加熱体によって保持台の温度を迅速に所望の温度に加熱することが求められている。また、用途によっては、保持台の冷却も含めた温度調節装置が求められる場合がある。しかし、従来のウエハ加熱装置では、保持台から外部に熱が逃げ易く、保持台の温度が所望の温度に到達するまでに時間がかかる場合があった。

【0005】

本開示の目的の一つは、保持台を迅速に加熱できるウエハ加熱装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のウエハ加熱装置は、
ウエハが載置される保持台と、
前記保持台の下方に配置された台座部と、
前記台座部から上方に延び、前記保持台と前記台座部との間に空間が形成されるように前記保持台を支持する支持部と、を備え、
前記保持台は、
ベース板と、
前記ベース板の下方に配置されたヒータと、
前記ヒータの下面に面接触するように配置された押え板と、を備え、
前記ヒータは、絶縁シートと、前記絶縁シートの内部に配置された抵抗加熱体と、を備え、
前記押え板の放射率は、前記絶縁シートの放射率よりも低い。

【発明の効果】

【0007】

本開示のウエハ加熱装置は、保持台を迅速に加熱できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態１に記載されたウエハ加熱装置の断面模式図である。

【図2】図２は、図１における第一ボルトの近傍を拡大して示す断面模式図である。

【図3】図３は、図１における第二ボルトの近傍を拡大して示す断面模式図である。

【図4】図４は、試験例１の試験結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0010】

＜１＞本開示の一態様に係るウエハ加熱装置は、
ウエハが載置される保持台と、
前記保持台の下方に配置された台座部と、
前記台座部から上方に延び、前記保持台と前記台座部との間に空間が形成されるように前記保持台を支持する支持部と、を備え、
前記保持台は、
ベース板と、
前記ベース板の下方に配置されたヒータと、
前記ヒータの下面に面接触するように配置された押え板と、を備え、
前記ヒータは、絶縁シートと、前記絶縁シートの内部に配置された抵抗加熱体と、を備え、
前記押え板の放射率は、前記絶縁シートの放射率よりも低い。

【0011】

放射率（ｅｍｉｓｓｉｖｉｔｙ）は、物体の熱放射のし易さを示す指標であって、０以上１以下の無次元量である。ヒータの絶縁シートよりも放射率が低い押え板は、ヒータから台座部への熱輻射を抑制する。この押え板によって保持台の下面から放射される熱を低減することで、保持台の熱が保持台の外部に逃げ難く、ヒータによって保持台を迅速に所望の温度に加熱することができる。また、保持台を迅速に所望の温度に加熱できることで、ヒータの消費電力を低減できる。

【0012】

＜２＞上記＜１＞に記載されるウエハ加熱装置において、
前記押え板の放射率は０．５以下であっても良い。

【0013】

放射率が０．５以下の押え板は、保持台の下面から放射される熱を低減し易く、保持台の温度を短時間で所望の温度に加熱できる。また、保持台の下方に配置される台座部の温度が高くなり過ぎることを抑制でき、台座部とその近傍の部材に対するダメージを低減できる。

【0014】

＜３＞上記＜１＞に記載されるウエハ加熱装置において、
前記押え板の放射率は０．２以下であっても良い。

【0015】

放射率が０．２以下の押え板は、より一層、保持台の下面から放射される熱を低減し易く、保持台の温度を短時間で所望の温度に加熱できる。また、保持台の下方に配置される台座部の温度が高くなり過ぎることを抑制でき、台座部とその近傍の部材に対するダメージをより低減できる。

【0016】

＜４＞上記＜１＞または＜３＞に記載されるウエハ加熱装置において、
前記ベース板は、セラミックスとシリコンとの複合体によって構成されており、
前記押え板は、コバールによって構成されていても良い。

【0017】

セラミックスとシリコンとの複合体は高剛性で変形し難いため、ベース板を薄くできる。ベース板の厚さが薄くなるほど、ベース板の熱容量が小さくなる。また、セラミックスとシリコンとの複合体自身の熱容量が小さい。熱容量が小さいベース板は、ヒータによって迅速に所望の温度まで昇温され易い。

【0018】

コバールは、ニッケルとコバルトとを含む鉄合金である。コバールの放射率は低いため、押え板の材料に適している。また、コバールの熱膨張係数は、セラミックスとシリコンとの複合体の熱膨張係数に近い。従って、押え板がコバールによって構成され、ベース板が上記複合体によって構成されている場合、ベース板の熱膨張係数と押え板の熱膨張係数との差に起因する保持台の反りが抑制され易い。

【0019】

＜５＞上記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載されるウエハ加熱装置において、
前記保持台はさらに冷却板を備え、
前記冷却板は冷媒の流路を備えていても良い。

【0020】

冷却板を備える保持台は、冷却板の流路に冷媒を流すことで迅速に冷却される。ウエハの熱処理が終わった後、ベース板を迅速に冷却することで、新たなウエハの熱処理を開始するまでの時間を短縮することができる。また、冷却板によって保持台を低温に保持することもできる。

【0021】

＜６＞上記＜５＞に記載されるウエハ加熱装置において、
前記冷却板は、前記ベース板と前記ヒータとの間に配置されていても良い。

【0022】

ベース板とヒータとの間に配置された冷却板は、ベース板を迅速に冷却し易い。

【0023】

＜７＞上記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載されるウエハ加熱装置において、
前記押え板の下面から前記ベース板の下面に至る第一貫通孔と、
前記押え板の下方から前記第一貫通孔を通って前記ベース板にねじ結合した第一ボルトと、を備えていても良い。

【0024】

第一ボルトによって押え板がベース板にしっかりと固定される。また、押え板によって、押え板の上方に押されたヒータが、ヒータの上面に接触する部材に密着するので、ヒータの熱がベース板に伝わり易い。

【0025】

＜８＞上記＜５＞または＜６＞に従属する上記＜７＞に記載されるウエハ加熱装置において、
前記押え板の下面から前記冷却板の下面に至る第二貫通孔と、
前記押え板の下方から前記第二貫通孔を通って前記冷却板にねじ結合した第二ボルトと、を備えていても良い。

【0026】

第二ボルトによって、押え板をしっかりと固定しつつ、第一ボルトの数を減らすことができる。ベース部につながることでベース部から保持台の下方への熱のリーク経路となる第一ボルトの数が減ると、ベース板の熱が保持台の下方に逃げ難い。

【0027】

［本開示の実施形態の詳細］
本開示の実施形態のウエハ加熱装置を、図面に基づいて説明する。図中の同一符号は同一名称物を示す。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にする目的で表現されており、必ずしも実際の寸法関係等を表すものではない。なお、本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0028】

＜実施形態１＞
≪ウエハ加熱装置≫
図１に示されるウエハ加熱装置１は、ウエハを保持した状態でウエハを所望の温度に保持するためのものである、ウエハ加熱装置１は例えば、ウエハプローバに用いられる。ウエハプローバは、回路が形成された半導体のウエハを個々のチップに切断する前に、ウエハを所定の温度に制御した状態で各チップの電気性能を測定する検査装置である。ウエハは、図１において省略されている。ウエハ加熱装置１は、保持台１０と、台座部１１と、支持部１２と、ケーシング１３と、を備える。以下、ウエハ加熱装置１に備わる各構成を詳細に説明する。

【0029】

≪保持台≫
本例の保持台１０は、上から順に、ベース板２と冷却板４とヒータ５と押え板６とを備える。本例では、ウエハがベース板２の上面に載せられ、所望の温度に加熱または冷却される。ウエハはベース板２の上面に吸着される。図１では吸着に係る機構の図示は省略する。保持台１０の全体形状は、ウエハの形状に合わせた形状である。例えば保持台１０の全体形状は円板形状である。本例の保持台１０は冷却板４を備えるが、冷却板４は必須ではない。

【0030】

［ベース板］
ベース板２の上面２１には、熱処理されるウエハが載せられる。ベース板２は、熱伝導性に優れ、かつ熱によって変形し難い材料によって構成されている。そのような材料は例えば、銅、アルミニウム、またはこれらを含む合金である。ベース板２の材料は例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化アルミニウム、または窒化ケイ素などのセラミックス、あるいはこれらセラミックスとシリコン（Ｓｉ）との複合体でも良い。複合体は例えば、ＳｉＣの多孔質体にシリコンを含浸させたＳｉ－ＳｉＣである。ベース板２の表面は例えば、ニッケルめっき層、またはアルマイト処理層を備えていても良い。ベース板２の上面２１にさらに、銅などによって構成された導電板が配置されていても良い。

【0031】

ベース板２の厚さは例えば、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。ベース板２の厚さが５ｍｍ以上であれば、ベース板２の剛性を確保し易い。ベース板２の厚さが１５ｍｍ以下であれば、ベース板２の熱容量が小さくなり易い。熱容量が小さいベース板２の温度は、ヒータ５による加熱および冷却板４による冷却によって迅速に変化し易い。ベース板２の厚さは、７ｍｍ以上１２ｍｍ以下でも良い。

【0032】

ベース板２の材料の熱伝導率は例えば、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝導率は、更に２００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であっても良い。アルミニウムの熱伝導率は約２３０Ｗ／ｍ・Ｋ、銅の熱伝導率は約４００Ｗ／ｍ・Ｋ、銀の熱伝導率は約４２０Ｗ／ｍ・Ｋである。炭化ケイ素の熱伝導率は約２７０Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化アルミニウムの熱伝導率は約１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、酸化アルミニウムの熱伝導率は約２９Ｗ／ｍ・Ｋ、窒化ケイ素の熱伝導率は約２７Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｓｉ－ＳｉＣの熱伝導率は約１７０Ｗ／ｍ・Ｋである。

【0033】

［冷却板］
冷却板４は、必要に応じてベース板２を冷却する部材である。冷却板４の内部には流路４１が形成されている。流路４１には冷媒が流される。ウエハの加熱が終わった際、流路４１に冷媒が流されることで、保持台１０のベース板２が迅速に冷却される。その結果、新たなウエハの熱処理を開始するまでの時間を短縮することができる。

【0034】

［ヒータ］
ヒータ５は、ベース板２を加熱する部材である。加熱されたベース板２は、ウエハを熱処理する。ヒータ５は、絶縁シート５０と、絶縁シート５０の内部に配置された抵抗加熱体５１とを備える。本例の抵抗加熱体５１は、例えばステンレス鋼の箔を部分的にエッチングすることによって形成された回路パターンである。絶縁シート５０はヒータ５の外形を構成する。本例の絶縁シート５０は、ベース板２と同等の外径を有する円板状である。抵抗加熱体５１の端子には、電力を供給する配線がつながっている。絶縁シート５０は例えば、シリコーン、またはポリイミドなどの耐熱性に優れる樹脂によって構成されていても良い。その他、絶縁シート５０は例えば、樹脂を含浸したマイカシート、またはセラミックスによって構成されている。本例のヒータ５は、回路パターンによって構成された抵抗加熱体５１と、抵抗加熱体５１を挟み込む２枚のポリイミドシートと、によって構成されている。ポリイミドの放射率は０．８程度である。

【0035】

［押え板］
押え板６は、ヒータ５の下面５６に面接触するように配置されている。押え板６は、ヒータ５を冷却板４に密着させ、抵抗加熱体５１の熱がヒータ５よりも上方の部材に伝達し易くする。押え板６に求められる特性は、ヒータ５の絶縁シート５０よりも放射率が低いことである。ヒータ５の絶縁シート５０よりも放射率が低い押え板６は、ヒータ５から台座部１１への熱輻射を抑制する。ヒータ５の熱輻射を抑制する押え板６によってヒータ５の温度が上昇し易い。そのため、ヒータ５によって保持台１０を迅速に所望の温度に加熱することができる。また、保持台１０を迅速に所望の温度に加熱できることで、ヒータ５の消費電力を低減できる。

【0036】

ヒータ５を覆う押え板６は、ヒータ５を保護する役割も果たす。この押え板６の固定状態については後述する。

【0037】

押え板６の放射率の値は例えば０．５以下である。０．５以下の放射率を有する押え板６は、ヒータ５から台座部１１への熱輻射を効果的に抑制する。押え板６の放射率が低いほど熱輻射を抑制する効果が高くなる。押え板６の放射率は、０．４以下でも良いし、０．３以下でも良いし、０．２以下でも良い。放射率は例えば、ＪＩＳ Ｒ １８０１：２００２に規定される分光放射率測定法によって測定することができる。

【0038】

押え板６の放射率が絶縁シート５０の放射率よりも低くなる限りにおいて、押え板６の材料は特に限定されない。例えば押え板６の材料は、ステンレス鋼またはコバールである。コバールおよびステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の熱伝導率はいずれも約１７Ｗ／ｍ・Ｋである。押え板６の放射率は、押え板６の表面が金属光沢を有する状態で、約０．１である。コバールは、ニッケルとコバルトとを含む鉄合金である。特にコバールの熱膨張係数は、セラミックス、特にセラミックスとシリコンとの複合体の熱膨張係数に近い。従って、押え板６がコバールによって構成され、ベース板２が上記複合体によって構成されている場合、ベース板２の熱膨張係数と押え板６の熱膨張係数との差に起因する保持台１０の反りが抑制され易い。一方、ベース板２が金属材料である銅、アルミニウム、またはこれらを含む合金によって構成されている場合、ステンレス鋼の熱膨張係数の方がコバールの熱膨張係数よりもベース板２の熱膨張係数に近い。ベース板２または押え板６に使用可能な代表的な材料の熱膨張係数の値を以下に示す。
・銅：１７．７ｐｐｍ／℃
・アルミニウム：２３．０ｐｐｍ／℃
・窒化アルミニウム：４．５ｐｐｍ／℃
・炭化ケイ素：４．５ｐｐｍ／℃
・酸化アルミニウム：７．２ｐｐｍ／℃
・窒化ケイ素：２．８ｐｐｍ／℃
・Ｓｉ－ＳｉＣ：３．０ｐｐｍ／℃
・コバール：４．８ｐｐｍ／℃
・ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）：１７．６ｐｐｍ／℃

【0039】

上記コバールは、熱膨張係数が小さく、繰り返しの温度変化によって変形し難い。押え板６は、ウエハを熱処理するたびに加熱されたり冷却されたりする。この加熱と冷却の繰り返しによって押え板６が変形すると、押え板６とヒータ５との間に隙間ができる恐れがある。隙間は、ベース板２の均熱性を低下させる恐れがある。コバールによって構成される押え板６を備えるウエハ加熱装置１では、押え板６とヒータ５との間に隙間ができ難く、そのため、隙間に起因するベース板２の均熱性の低下が抑制され易い。

【0040】

ベース板２と押え板６との熱膨張係数の差は小さい方が望ましい。ベース板２と押え板６とは、ボルトにより締結されている。このため、両者の熱膨張係数の差が大きい場合は、熱履歴によりベース板２にはベース板２が撓むような力が加わる。ベース板２の変形が生じると、ウエハが載置されるベース板２の上面２１の平面度が悪化する。このような平面度の悪化を抑制するために、ベース板２の材料がセラミックス材料、すなわち窒化アルミニウム、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、またはＳｉ－ＳｉＣなどの場合には、押え板６の材料としてコバールを用いるとよい。

【0041】

押え板６の放射率は、同じ材料の押え板６であっても、押え板６の下面６０の表面性状によって変化する。下面６０の算術平均粗さＲａは小さくなるほど、押え板６の放射率は小さくなる傾向にある。算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に準拠する。算術平均粗さＲａは例えば、市販の接触式粗さ測定装置によって求められる。

【0042】

押え板６の下面６０の算術平均粗さＲａを小さくするには、下面６０を仕上げ処理すれば良い。仕上げ処理は例えば、圧延またはバフ研磨である。下面６０の算術平均粗さＲａは例えば、１μｍ（マイクロメーター）以下である。算術平均粗さＲａが１μｍ以下の下面６０を有する押え板６の放射率は０．５以下を満たし易い。下面６０の算術平均粗さＲａは０．８μｍ以下でも良いし、０．５μｍ以下でも良いし、０．２５μｍ以下でも良い。

【0043】

押え板６は、第一ボルト６１によってベース板２に固定される。図２に示されるように、第一ボルト６１は、頭部６１Ｈと軸部６１Ｓとを備える。第一ボルト６１は、押え板６の下方から第一貫通孔１０Ａを通ってベース板２にねじ結合している。第一貫通孔１０Ａは、押え板６の下面６０からベース板２の下面２０に至る孔である。第一貫通孔１０Ａの内径は軸部６１Ｓの外径よりも大きい。

【0044】

第一ボルト６１によって押え板６がベース板２にしっかりと固定される。また、冷却板４と押え板６とに挟まれるヒータ５が冷却板４に密着し、ヒータ５の熱が冷却板４を通ってベース板２に伝わり易い。

【0045】

図３に示されるように、押え板６はさらに、第二ボルト６２によって冷却板４に固定されている。第二ボルト６２は、頭部６２Ｈと軸部６２Ｓとを備える。第二ボルト６２は、押え板６の下方から第二貫通孔１０Ｂを通って冷却板４にねじ結合している。第二貫通孔１０Ｂは、押え板６の下面６０から冷却板４の下面４０に至る孔である。第二貫通孔１０Ｂの内径は、軸部６２Ｓの外径よりも大きい。保持台１０が冷却板４を備えない場合、第二ボルト６２および第二貫通孔１０Ｂは必要ない。

【0046】

第二ボルト６２によって、押え板６をしっかりと固定しつつ、第一ボルト６１の数を減らすことができる。第一ボルト６１はベース板２に直接つながっているため、ベース板２の熱が第一ボルト６１を伝って保持台１０の下方に逃げ易い。すなわち、第一ボルト６１は保持台１０の下方への熱のリーク流路である。ベース板２に到達していない第二ボルト６２によって第一ボルト６１の数が減ると、ベース板２の熱が保持台１０の下方に逃げ難い。第一ボルト６１の代わりに配置される第二ボルト６２の数が多くなるほど、ベース板２の熱が逃げ難い。反面、第一ボルト６１の数が少なくなりすぎると、保持台１０の各構成部材の締結強度が低下する恐れがある。従って、第一ボルト６１の数は少なくとも４本以上である。例えば、押え板６の中心に一本の第一ボルト６１が配置され、その第一ボルト６１を中心とする円周上に残りの第一ボルト６１が等間隔に配置される。

【0047】

第一ボルト６１および第二ボルト６２の材料は特に限定されない。例えば、第一ボルト６１および第二ボルト６２は、押え板６と同じ材料、すなわち放射率が低い材料によって構成されていても良い。この場合、第一ボルト６１および第二ボルト６２からの熱輻射が抑制される。

【0048】

≪台座部≫
台座部１１は、図１に示すように、ウエハ加熱装置１全体を支持する台座となる部材である。台座部１１の材料は例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、またはシリコンと炭化ケイ素の複合体である。

【0049】

本例の台座部１１は、下面には凹部１１ｃが形成されている。凹部１１ｃには、後述する支持部１２を構成する固定軸１２Ｓの下端部と、固定軸１２Ｓを台座部１１に固定するナット１２Ｎとが配置されている。

【0050】

≪支持部≫
支持部１２は、台座部１１から上方に延び、保持台１０と台座部１１との間に空間が形成されるように保持台１０を支持する。本例の支持部１２は、複数の柱状部材によって構成されている。

【0051】

本例の柱状部材は、筒部１２Ｃと、筒部１２Ｃの内部に配置される固定軸１２Ｓと、固定軸１２Ｓを固定するナット１２Ｎと、で構成されている。筒部１２Ｃの上部は、保持台１０の第三貫通孔１０Ｃの内部に配置されている。第三貫通孔１０Ｃは、図２の第一貫通孔１０Ａと同様、押え板６の下面６０からベース板２の下面２０に至る。第三貫通孔１０Ｃの内径は、筒部１２Ｃの外径よりも大きい。

【0052】

筒部１２Ｃの上端面はベース板２の下面２０に当接し、筒部１２Ｃの下端面は台座部１１の上面１１０に当接している。筒部１２Ｃの長さは、第三貫通孔１０Ｃの長さよりも長い。従って、保持台１０と台座部１１との間に空間が形成されている。この空間は、空気断熱層として機能する。従って、保持台１０の熱が台座部１１に逃げ難い。

【0053】

本例とは異なり、支持部１２は、押え板６の下面６０を支持していても良い。また、支持部１２は、柱状である必要はない。例えば、支持部１２は、台座部１１と同じ外径を有する筒状部材と、筒状部材の内周面にかけ渡された梁部材とで構成されていても良い。この場合、梁部材の上に押え板６の下面６０が支持される。

【0054】

≪ケーシング≫
ケーシング１３は、風などの外乱要因から保持台１０を保護する部材である。本例のケーシング１３は筒状の部材である。ケーシング１３の下部は、台座部１１に固定されている。

【0055】

＜実施形態２＞
保持台１０は、下から順に押え板６とヒータ５とが配置されていれば良く、ヒータ５よりも上側の構成の配置は特に限定されない。例えば、図１に示される冷却板４は、保持台１０の最上段に配置されていても良い。すなわち、保持台１０は上から順に、冷却板４、ベース板２、ヒータ５、および押え板６を備える構成であっても良い。この場合、冷却板４は着脱自在に構成されていても良い。

【0056】

＜試験＞
≪試験例１≫
試験例１では、図１に示されるウエハ加熱装置１に備わる押え板６の放射率の値が、保持台１０の昇温速度に及ぼす影響を調べた。具体的には、押え板６の放射率の値が、保持台１０から台座部１１への熱輻射に及ぼす影響をシミュレーションによって調べた。シミュレーションは、Ａｎｓｙｓ社のマルチフィジックス解析ソフトウェアによって実施した。シミュレーションにおける主な条件は以下の通りである。

【0057】

［シミュレーション条件］
・押え板６の下面６０と、台座部１１の上面１１０との間隔：６ｍｍ
・押え板６の厚さ：２ｍｍ
・ヒータ５の熱量：１ｋＷ（キロワット）
・ヒータ５に熱量を付与する前のベース板２の上面の温度：２５℃
・シミュレーション開始時の台座部１１の上面１１０の温度：２５℃

【0058】

シミュレーションでは、ベース板２の上面の温度が２００℃になるまでの昇温時間ｔを調べた。昇温時間ｔの単位は秒である。また、ベース板２の上面の温度が２００℃になった時間における台座部１１の上面１１０の台座温度Ｔを調べた。シミュレーション結果を表１に示す。図４の横軸は押え板６の放射率である。左縦軸は昇温時間ｔ、右縦軸は台座温度Ｔである。図４における丸印のプロットは昇温時間ｔを、三角印のプロットは台座温度Ｔを示す。

【0059】

【表1】

【0060】

ヒータ５の絶縁シート５０の放射率は、絶縁シート５０の材料によって変化するが、おおむね０．６以上である。従って、押え板６を備えないウエハ加熱装置１における保持台１０の加熱性能は、押え板６の放射率が０．６以上のウエハ加熱装置１における保持台１０の加熱性能とほぼ同じと考えて良い。表１および図４に示されるように、押え板６を備えないか、または放射率が０．６以上である押え板６を備えるウエハ加熱装置１では、ベース板２の上面の温度を２５℃から２００℃に加熱するまでの昇温時間ｔが１４２９秒以上かかる。一方、放射率が０．５以下である押え板６を備えるウエハ加熱装置１では、昇温時間ｔは１３６３秒以下である。特に、押え板６の放射率が０．２のときの昇温時間ｔ１は、押え板６の放射率が０．６のときの昇温時間ｔ２よりも２００秒以上短い。放射率を０．２としたことによる昇温時間ｔの短縮率は約１５％である。昇温時間ｔの短縮率は、｛（ｔ２－ｔ１）／ｔ１｝×１００によって求められる。昇温時間ｔが短いと、ウエハを加熱するためのヒータ５の消費電力を低減できる。また、所定の時間内に熱処理可能なウエハの数が増加するので、ウエハの生産性が向上する。

【0061】

さらに今回のシミュレーションによって、押え板６の放射率が０．５以下であれば、台座部１１の上面１１０の台座温度Ｔが８０℃以下に抑えられることが分かった。特に、押え板６の放射率が０．２以下であれば、台座温度Ｔが７０℃程度に抑えられることが分かった。台座温度Ｔが８０℃以下であれば、台座部１１、および台座部１１に近接または接する部材が熱によるダメージを受け難い。例えばケーシング１３の材料を必要以上に耐熱性に優れる材料にする必要がなく、ウエハ加熱装置１のコストなどを低減できる可能性がある。

【0062】

≪試験例２≫
試験例２では、ベース板２と押え板６の材料が、保持台１０に及ぼす影響を調べた。上述の通り、ベース板２と押え板６との熱膨張係数に着目して、ウエハ載置面であるベース板２の上面の平面度を指標として検証を行った。

【0063】

ベース板２の材料には、ＳｉＣの多孔質体にシリコンを含浸させたＳｉ－ＳｉＣを用いた。押え板６として、ＳＵＳ３０４によって構成されるＳＵＳ板と、コバールによって構成されるコバール板とを用意した。ＳＵＳ板とコバール板の厚さは共に２ｍｍであった。ＳＵＳ板とコバール板の算術平均粗さＲａは０．２１μｍから０．２５μｍの範囲であった。また、初期状態におけるベース板２の上面の平面度は５μｍであった。平面度は、ＪＩＳ Ｂ ０６２１：１９８４に基づいて、市販の三次元測定機によって測定した。

【0064】

押え板６としてＳＵＳ板を用いたウエハ加熱装置１と、押え板６としてコバール板を用いたウエハ加熱装置１について、ヒートサイクル試験を実施した。ヒートサイクル試験では、２０℃から２００℃に加熱する工程と、２００℃から２０℃に冷却する工程とで構成されるヒートサイクルを１０００回繰り返した。

【0065】

ヒートサイクル試験後に、各保持台１０のベース板２の上面の平面度を測定した。その結果、ＳＵＳ板からなる押え板６を備えるウエハ加熱装置１では、ベース板２の上面２１の平面度は８μｍであり、試験前よりも上面２１の平面度が若干ではあるが悪化した。一方、コバール板からなる押え板６を備えるウエハ加熱装置１では、ベース板２の上面２１の平面度は５μｍであり、試験前後で上面２１の平面度はほとんど変化しなかった。これらのことから、繰り返し加熱および冷却される保持台１０においてベース板２と押え板６との熱膨張係数の差が小さい方が、上面２１の平面度を維持できることが確認できた。特に、ベース板２の材料としてＳｉＣの多孔質体にシリコンを含浸させたＳｉ－ＳｉＣを用いた場合、押え板６の材料としてはコバールの方がステンレス鋼よりも優れていることが分かった。なお、保持台１０に求められる性能としては、ウエハが載置される上面２１の平面度が１０μｍ以下であるとよく、５μｍ以下であればさらによい。

【符号の説明】

【0066】

１ ウエハ加熱装置
１０ 保持台
１０Ａ 第一貫通孔
１０Ｂ 第二貫通孔
１０Ｃ 第三貫通孔
１１ 台座部
１１ｃ 凹部
１１０ 上面
１２ 支持部
１２Ｃ 筒部
１２Ｓ 固定軸
１２Ｎ ナット
１３ ケーシング
２ ベース板
２０ 下面
２１ 上面
４ 冷却板
４０ 下面
４１ 流路
５ ヒータ
５０ 絶縁シート
５１ 抵抗加熱体
５６ 下面
６ 押え板
６０ 下面
６１ 第一ボルト
６１Ｈ 頭部
６１Ｓ 軸部
６２ 第二ボルト
６２Ｈ 頭部
６２Ｓ 軸部

【要約】

【課題】保持台を迅速に加熱できるウエハ加熱装置を提供する。
【解決手段】ウエハが載置される保持台と、前記保持台の下方に配置された台座部と、前記台座部から上方に延び、前記保持台と前記台座部との間に空間が形成されるように前記保持台を支持する支持部と、を備え、前記保持台は、ベース板と、前記ベース板の下方に配置されたヒータと、前記ヒータの下面に面接触するように配置された押え板とを備え、前記ヒータは、絶縁シートと、前記絶縁シートの内部に配置された抵抗加熱体と、を備え、前記押え板の放射率は、前記絶縁シートの放射率よりも低い、ウエハ加熱装置。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】