(57)【要約】【課題】板状体２の一方の主面に帯状の抵抗発熱体を備え、該抵抗発熱体の帯の長手方向に略並行な溝を有するヒーターは、溝の端部からクラックが発生し加熱冷却サイクルでクラックが進展して温度分布が変化したり断線する恐れがあり寿命が短いとの問題があった。【解決手段】板状体２の一方の主面に帯状の抵抗発熱体を備え、該抵抗発熱体は、帯の長手方向に略並行な溝を有するとともに、該溝の端部を円弧状とする。【選択図】図１
2006013262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状体の一方の主面に帯状の抵抗発熱体を備え、該抵抗発熱体は、帯の長手方向に略並行な溝を有するとともに、該溝の端部が円弧状であることを特徴とするヒーター。
【請求項２】
上記円弧の直径が、溝の幅の０．５〜３倍であることを特徴とする請求項１に記載のヒーター。
【請求項３】
上記溝の端部のクラックは、５本以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒーター。
【請求項４】
上記溝の端部がレーザー光によって加工されたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のヒーター。
【請求項５】
上記溝の端部上に保護層を設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のヒーター。
【請求項６】
上記板状体が板状セラミックス体であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のヒーター。
【請求項７】
帯状の抵抗発熱体を備えた板状体を可動テーブルに載置し、可動ミラーを備えたレーザー光発振器から発したレーザー光をパルス光として可動テーブルや可動ミラーと同期して上記板状発熱体に照射し、溝を形成することを特徴とするヒーターの製造方法。
【請求項８】
上記レーザー光が照射される部分にガスを噴射しながら上記溝を形成することを特徴とする請求項７に記載のヒーターの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれかに記載のヒーターを用い、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を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体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、該金属ケースに上記抵抗発熱体を形成した面を冷却する冷却用エアー噴射口と排出口とを設け、少なくとも前記冷却用エアーが当たる上記抵抗発熱体の表面に保護層を設けたことを特徴とするウェハ加熱装置。
【請求項１０】
上記抵抗発熱体の一部が上記保護層から露出していることを特徴とする請求項９に記載のウェハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にウェハを加熱するのに用いるウェハ加熱装置とこれに用いるヒーターに関するものであり、例えば、半導体ウェハや液晶基板あるいは回路基板等のウェハ上に半導体薄膜を生成したり、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のに好適なウェハ加熱装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためにウェハ加熱装置が用いられている。 
従来の半導体製造装置は、まとめて複数のウェハを成膜処理するバッチ式のものが使用されていたが、ウェハの大きさが８インチから１２インチと大型化するにつれ、処理精度を高めるために、一枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる手法が近年実施されている。しかしながら、枚葉式にすると１回当たりの処理数が減少するため、ウェハの処理時間の短縮が必要とされている。このため、ウェハ支持部材に対して、ウェハの加熱時間の短縮、ウェハの吸着・脱着の迅速化と同時に加熱温度精度の向上が要求されていた。 
上記のようなウェハ加熱装置の例として、特許文献１や特許文献２にあるような昇温・降温速度の早いセラミックヒーターウェハ加熱装置がある。
【０００３】
このウェハ加熱装置は、図６に示すように、板状体２を構成するセラミック材料として窒化物セラミックスまたは炭化物セラミックス等が用いられ、抵抗発熱体５は、図７に示すような、同心円状に分割形成した複数のパターンをレーザー光により溝を形成する所謂トリミングにより抵抗調整し、これに通電することにより、板状体２を加熱するセラミックヒーターを使用したものとして提案されている。 
従来使われてきたアルミニウム製の均熱板の課題は、熱容量が大きいため、加熱冷却の操作に非常に時間が掛かる点にあった。 
これに対し、最近の動きとして、加工時間の短縮により装置のランニングコストを低減しようという要求が出てきた。すなわち、ウェハＷを板状体２に設置した後、たとえばレジストの乾燥等の処理が短時間でできるように、剛性が高く高熱伝導性で薄いセラミックス製の板状体２に抵抗発熱体を形成し加熱する方式が提案されるようになってきた。
【特許文献１】特開２００１―２４４０５９号公報
【特許文献２】特開２００１―２９７８５８号公報
【特許文献３】特開２００２−８３６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ウェハの面内温度差を小さくするため、前記抵抗発熱体をレーザー光によるトリミングにより溝部を形成し、抵抗調整してきたが、その加工により生じた抵抗発熱体のクラックが、加熱／冷却による冷熱サイクルにより成長し、抵抗変化、異常発熱、断線する問題が発生した。
【０００５】
また、抵抗発熱体を貫通するようなトリミングを施すと、抵抗発熱体を貫通していることからも分るようにレーザー光の強度が大きいため、板状体に損傷を与えてクラックが発生しやすくなり、加熱冷却サイクルにより板状体が破損する虞があった。
【０００６】
また、溝の端部が尖った鋭角であると、該鋭角部に応力が集中してクラックが発生し、抵抗発熱体が断線する虞があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、板状体の一方の主面に帯状の抵抗発熱体を備え、該抵抗発熱体は、帯の長手方向に略並行な溝を有するとともに、該溝の端部が円弧状であることを特徴とする。
【０００８】
また、上記円弧の直径が、溝の幅の０．５〜３倍であることを特徴とする。
【０００９】
また、上記溝の端部のクラックは、５本以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、上記溝の端部がレーザー光によって加工されたことを特徴とする。
【００１１】
また、上記溝の端部上に保護層を設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記板状体が板状セラミックス体であることを特徴とする。
【００１３】
また、帯状の抵抗発熱体を備えた板状体を可動テーブルに載置し、可動ミラーを備えたレーザー光発振器から発したレーザー光をパルス光として可動テーブルや可動ミラーと同期して上記板状発熱体に照射し、溝を形成することを特徴とする。
【００１４】
また、上記ヒーターを用い、円形の板状体の一方の主面に複数の抵抗発熱体を備え、他方の主面にウェハを載せる載置面を備えたウェハ加熱装置であって、前記抵抗発熱体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、該金属ケースに上記抵抗発熱体を形成した面を冷却する冷却用エアー噴射口と排出口とを設け、前記冷却用エアーが当たる上記抵抗発熱体の表面に保護層を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下の効果が挙げられる。
【００１６】
前記抵抗発熱体の抵抗調整用の溝の加工において、溝の端部を円弧状とすることにより、冷熱サイクルで抵抗発熱体に生じる熱膨張差で生じるクラックの発生／伸展が押さえられ、前記抵抗変化・異常発熱・断線することを防止でき、長期間の使用に耐えられる。
【００１７】
また、溝加工の加工出力と、移動速度を調整することにより、溝加工時に生じるクラックの本数を加工溝１本当たり５本以下とすることにより、抵抗変化、異常発熱、断線することを防止でき、長期使用に耐えられる。
【００１８】
また、溝加工端部上に保護層を設けることにより、冷熱サイクルで抵抗発熱体に生じる熱膨張差でクラックが進行し抵抗変化・異常発熱・断線することを防止でき、長期使用に耐えられる。
【００１９】
更に、温度差の激しい冷却用エアー噴出口一帯の抵抗発熱体上に保護層を設けることにより、冷熱サイクルで抵抗発熱体に生じる熱膨張差でクラックの進行、エアー流による抵抗発熱体の浸食による抵抗変化・異常発熱・断線を防止でき、長期使用に耐えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明に係るヒーター１を使ったウェハ加熱装置１１１の一例を示す断面図であり、炭化珪素、アルミナまたは窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスの板状体２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、他方の主面にガラス又は樹脂等からなる絶縁層４を介して抵抗発熱体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、抵抗発熱体５を冷却するエアーを噴出する噴出口１２を具備してウェハ加熱装置を構成したものである。
【００２２】
抵抗発熱体５は、絶縁層４上にスクリーン印刷の手法を用いて形成される。抵抗発熱体５は、導通成分の金属と固着成分のガラスの粉末を適当なバインダー、有機溶剤、分散剤とともに混合、混練することによりペーストを作成し、印刷に用いる。スクリーン印刷後、５００℃以上で焼成すると安定した抵抗値の抵抗発熱体５を有するヒーター１を形成できる。
【００２３】
また、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が良好なＰｔ族金属、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４との密着性および抵抗発熱体５自体の焼結性を向上させるために、３０〜７５重量％のガラス成分を混合することが好ましい。
【００２４】
抵抗発熱体５のパターン形状としては、図２に示した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や、渦巻き状のパターン形状をしたものとすることができる。そして、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を均一に加熱できるようにすることが好ましい。
【００２５】
しかし、スクリーン印刷で形成した抵抗発熱体５は、部分的に厚みが異なりウェハＷの表面温度差を０．５℃以内に制御するに際し、上記厚みバラツキにより設計した通りの発熱が得られずウェハＷ面内の温度差を小さくすることが困難であった。そこで、板状体２の表面に抵抗発熱体５を形成した後、該抵抗発熱体５の帯にレーザー光を照射して、抵抗発熱体５の断面積を調節する場合、レーザー光により抵抗発熱体５の一部を溝状に除去して抵抗発熱体５の帯の一部の抵抗を調整することでウェハＷ面内の温度差を小さくすることができる。
【００２６】
このような方法を用いて抵抗発熱体５の帯の断面積を調整することで、例えば、抵抗発熱体５を形成した際、一部の帯に厚い部分ができたり、全体的に設計値よりも厚くなったりした場合等において、抵抗発熱体の断面積を小さくして帯の一部の抵抗値を増大させることにより発熱量を大きくすることができる。そして、抵抗発熱体５の発熱量の制御をより精密に行うことができるため、ウェハＷ面内の温度差が小さくなるように調製することができる。
【００２７】
また、この場合、抵抗発熱体５に複数の溝１４を並列に形成することにより抵抗調整範囲を更に拡げることが可能である。
【００２８】
本発明のヒーター１は、図３に示すように、板状体２の一方の主面に帯状の抵抗発熱体５を備え、該抵抗発熱体５は、帯の長手方向に略並行な溝１４を有するとともに、該溝１４の端部が円弧状であることを特徴とする。
【００２９】
上記円弧状は、溝１４の端部の形状の曲率半径を大きくし、応力が緩和されることから端部からクラックが発生し難いことを特徴とするもので、この時、端部の先端に沿った円弧の直径が溝の幅の０．５〜３倍であるとクラックの発生が少なく好ましい。尚、上記円弧状は、溝１４の幅を形成する２つの外形線が繋がる閉曲線で示され、該閉曲線は、上記円弧状の直径を上記２つの外形線の端部間距離として円弧を描いたものである。更に具体的には上記直径は最小二乗法等により算出することができる。
【００３０】
一方で、抵抗発熱体５はスクリーン印刷法で形成するのでミクロに見ると厚みバラツキが存在することから、抵抗発熱体５に溝加工を施して抵抗値を調整する必要がある。その溝加工にはレーザー光を用いることが好ましい。ここで、溝の端部でのレーザー光の走査スピードが大きいと、溝の端部が鋭角に尖がり抵抗発熱体５にクラックが発生する虞がある。しかしながら、レーザー光のパルスビームと加工位置を同期させ、レーザー光の一つのパルス光が照射させる時間照射位置をずらさない様に同期させると、溝の端部を円弧状に滑らかな形を形成できることから溝の端部に熱応力が集中することがなくクラックが発生する虞がなくなり好ましい。
【００３１】
即ち、例えば、レーザー加工開始時においてレーザー光照射後にレーザー光の移動を始めた場合やレーザー加工終了時において減速させながら停止させる場合は、溝加工端部ではレーザー光の照射エネルギーが大きくなり、加工端部１５の円弧の直径が溝の幅の３倍を超えて大きくなり、絶縁層４までレーザー光が達し絶縁破壊を生じたり、抵抗発熱体５の溝の端部から多数のクラック１７が生じる虞がある。よって、加熱冷却サイクルで大きく抵抗発熱体５の抵抗が変化し、異常発熱、断線へと発展する虞がある。
【００３２】
また、レーザー加工開始時にレーザー光の移動速度を早くするように加工した場合、レーザー光が照射されたまま移動する為、溝加工端部１５の円弧の直径が溝の幅の０．５倍未満となり、その状態で通電加熱、強制冷却を繰り返すと、抵抗発熱体５の膨張収縮の応力が溝端部に集中し、溝の端部よりクラック１７が生じ、抵抗変化する。そして、最終的には、異常発熱・断線する虞がある。また、同様なことは、レーザー加工終了直前にも発生する。
【００３３】
したがって、上記円弧状の溝加工端部１５を形成するために、レーザー光の加工出力と加工速度を適正に合わせる必要があるが、レーザー光発振器とレーザー光を移動させる可動ミラーを同期させて、レーザー光のパルス光が１回照射された後、前回の照射箇所と部分的に重なる位置に次の照射が行われるように可動ミラーが動き、次のレーザー光を照射するように制御されていることが望ましい。
【００３４】
さらには、レーザー加工時には、常にレーザー光照射部に空気等のガスを噴射し、噴射されたガスを吸気することが望ましい。これは、加工時に発生する焼損煙、加工屑によりレーザー反射のミラーの表面が汚染され、レーザー光の出力、スポット径等が変動した結果、溝加工端部１５の円弧の直径が溝の幅の０．５倍以下となり、その状態で通電加熱、強制冷却を繰り返すと、抵抗発熱体５の膨張収縮の応力が溝端部に集中し、溝の端部よりクラック１７が生じ、抵抗変化し、異常発熱・断線する虞がある。
【００３５】
さらには、特許文献３のようにレーザートリミング前に研削により発熱抵抗体１５の厚み調整を行った場合、発熱抵抗体１５はガラス質を含む為、研削によりポーラス箇所がクラックを有する空孔として残り、抵抗変化し、異常発熱・断線する虞がある。
【００３６】
ここで、レーザー光の出力をパラメータとしてトリミングを説明したが、レーザー光による加工量は出力と加工部分の照射時間の積で決まるものであり、加工速度を変えると総体的に加工量が変動する。ちなみに、今回の評価は、レーザー光波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザー光を用い、トリミング速度を２〜２０ｍｍ／ｓｅｃに設定して実施したものである。出力は、約０．５Ｗ、スポット径は約５０μｍである。
【００３７】
レーザー光による加工において、絶縁層４上の抵抗発熱体５を加工する様な場合、レーザー光の出力を調整し、形成した溝１４の深さは抵抗発熱体５の厚みの１／４〜５／６程度とすることが望ましい。例えば、抵抗発熱体５を完全に貫通するようにレーザー出力を調整すると、抵抗発熱体５には厚みのばらつきがあり、抵抗発熱体５の厚みの薄い箇所では、絶縁層４までレーザー光が到達し絶縁層４が絶縁破壊を起こす虞がある。また、抵抗発熱体５を厚み方向に浅く溝１４を加工する様にレーザー出力を調整すると、レーザー加工で調整できる抵抗値の範囲が小さくなり、加工する溝１４の本数を増やす必要があり、レーザー加工工程にかかる時間が長くなるため、作業効率が悪くなる。
【００３８】
また、溝加工時には、抵抗発熱体５にクラック１７が発生しないようにすることが好ましいが、抵抗発熱体５に溝加工方向に生じるクラック１７の本数を加工溝の端部1箇所当たり５本以下とすれば、良好な耐久性を維持できることを見出した。６本以上では、抵抗変化が大きくなり、微小な温度変化に応答できなくなる虞がある。また、耐久評価より、クラック１７の長さは１００μｍ以下とすることが望ましい。
【００３９】
また、図４に示すように、本発明のウェハ加熱装置１は、抵抗発熱体５上の溝加工端部１５に、保護層１６を設けると、クラック１７の進行を抑える効果が発生して、耐久性がさらに良好になる。
【００４０】
また、図１に示したように、熱衝撃の最も激しいエアー噴出口１２付近一帯の前記抵抗発熱体５上にも保護層１６を設けると、更に耐久性に優れたヒーターとなる。これは、熱衝撃で発生するクラック１７を防止するともに、高圧のエアー流による抵抗発熱体２の浸食を防止することができるからである。更に、抵抗発熱体５の一部は保護層１６で覆われることなく露出していることが好ましい。これは、抵抗発熱体５が露出していると冷却時エアーを介して抵抗発熱体５から熱の放出が可能になるからである。尚、抵抗発熱体５の一部とは、エアー噴出口１２による冷却効果を被りにくい保護層１６から露出している部分を示している。
【００４１】
なお、耐久試験は、板状体２全体の温度が１分間で３５０℃となるような電圧を印加し３分間保持した後、６ｋｇ/ｍｍ３、８０Ｌ/ｍｉｎのエアーにて、２分で４０℃以下に強制冷却する冷熱サイクルを５０００サイクルかけて、その前後の溝１４を施した帯の部分の抵抗値変化を調査した。そのときの抵抗変化が初期値と比較し、５％以内のものは実用に耐えるが、５％を越えるものは実用的でない。抵抗変化が５％を越えると、局所発熱が発生し、ヒーター１の均熱が崩れる。また、抵抗発熱体５の抵抗値の変化により、ヒーターの出力のバランスが崩れるうえ、ウェハＷが載置される場合ウェアＷの加熱にムラが生じることとなる。
【００４２】
また、本発明の板状体２は、例えば炭化珪素質焼結体、炭化硼素質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体により形成すると、熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間を短くすることができ、生産性を高めることができる。 
本発明においては、図５に示す様に可動ミラー１９を備えたレーザー光発振器１８と、帯状の抵抗発熱体５を備えた板状体２を載せる為の可動テーブルを備え、レーザー光発振器から発したレーザー光を抵抗発熱体５の帯に照射して溝１４を形成する工程において、固定テーブルに可動ミラー１９を介して、レーザー光を照射して帯状の溝１４を形成することができる。レーザー光の波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザー光を用い、スポット径は約５０μｍである。
【００４３】
本発明のレーザー加工においては、事前に、１ポイントに照射できる照射時間、つまり、パルスの回数を規定しておく。これは、前述したように発熱抵抗体１５を貫通し、絶縁層４を破壊しないようなパワーにレーザー加工条件として設定する必要がある為である。ここで、レーザーの照射時間、出力、可動ミラー１９のタイミングがずれると、長時間１箇所にレーザー光が照射され加工端部１５の周辺に多数のクラックが生じたり、または、レーザー光を照射しながら移動するため加工端部１５が鋭角となる場合が生じる。また、発熱抵抗体１５の構成成分が変われば、この加工条件も変更となる。
【００４４】
ここで、レーザー光発振器１８のパルスレーザー光と可動ミラー１９の回転が同期しており、レーザー光が１回照射された後、前回加工場所と部分的に重なる場所に照射するように可動ミラー１９が動き、次のレーザーを照射するように制御されていることが好ましい。
【００４５】
また、レーザーの加工位置と加工する長さは事前に、Ｘ、Ｙ軸の座標データ、距離データとして登録されており、板状体２を可動テーブル２０の上に置き、不図の位置合わせ用ポイントの座標を画像検出装置で読みとり、加工開始位置／停止位置を決定する。また、可動テーブル２０の上部において、レーザー加工時は常にガス噴射口２１と排気口２３を備えレーザー光の照射面の焼損煙や加工屑等のダストを除去している。これは、加工時に発生する焼損煙、加工屑により可動ミラー１９の表面が汚染され、レーザー光の出力が変動することを防止するためである。
【００４６】
一方で、給排気がなされないと、加工時に発生する焼損煙、加工屑によりレーザー反射のミラーの表面が汚染され、レーザー光の出力、スポット径等が変動した結果、溝加工端部１５の円弧の直径が溝の幅の０．５倍未満となり、その状態で通電加熱、強制冷却を繰り返すと、抵抗発熱体５の膨張収縮の応力が溝端部に集中し、溝の端部よりクラック１７が生じ、抵抗変化し、異常発熱・断線する虞がある。
【００４７】
レーザー光発信器１８から発振されたレーザー光は、加工位置に照射される様に制御された可動ミラー１９を介して、板状体２上の抵抗発熱体５に溝１４を加工する。可動ミラーを介して照射されるレーザー光の到達距離から、加工面積は制限されるため、可動テーブル２０で板状体２を順次移動させ、板状体２上の抵抗発熱体５の帯の全体に溝１４を加工し、抵抗値を調整することができる。
【００４８】
レーザー加工の工程は、以下の手順で行われる。予め、帯状抵抗発熱体５を所定の長さ毎の抵抗値を測定し、目標とする抵抗値との差をデータとしてレーザー加工機へ入力する。そのデータに基づき、抵抗値を測定しながら、抵抗値を切り上げ、抵抗値の調整が行われる。
【００４９】
抵抗調整された板状体２は洗浄後、他部品と合わせてヒーター１へと組み立てられる。
【００５０】
本発明のウェハ加熱装置１の他の構成について説明する。図１に示すように、上記板状体２に抵抗発熱体５を備えてなるセラミックヒーターを支持体１１に接合し、給電部６に導通端子７を接続したものである。このとき、給電部６と導通端子７の接続手段を弾性体８による押圧としているため、ヒーター１と支持体１１の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し良好なウェハ加熱装置１とすることができる。この押圧手段である弾性体８としては、図１に示すようなコイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧するようにしても構わない。 
これらの弾性体８の押圧力としては、０．３Ｎ以上の荷重を導通端子７に掛けるようにすればよい。弾性体８の押圧力を０．３Ｎ以上とする理由は、板状体２および支持体１１の膨張収縮による寸法変化に対し、それに応じて導通端子７が移動しなければならないが、装置の構成上導通端子７を板状体２の下面から給電部６に押し当てるようにしているため、導通端子７の摺動部との摩擦により導通端子７が給電部６から離れることを防止する為である。 
また、導通端子７の給電部６との当接面側の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。さらに、導通端子７を保持する絶縁材９は、その使用温度に応じて、２００℃以下の温度では、ガラス繊維を分散させたＰＥＥＫ（ポリエトキシエトキシケトン樹脂）材のものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラミック製の絶縁材９を用いることが可能である。 
このとき、導通端子７の少なくとも給電部６との当接部を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレスおよび白金族の金属のうち少なくとも１種以上からなる金属により形成することが好ましい。具体的には、導通端子７自体を上記金属で形成するか、または導通端子７の表面に該金属からなる被覆層を設けることもできる。また、導通端子７と給電部６の間に上記金属からなる金属箔を挿入することにより、導通端子７表面の酸化による接触不良を防止し、板状体２の耐久性を向上させることが可能である。具体的には、前記給電部６と導通端子７の間に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレスおよび白金族の金属うち少なくとも１種以上からなる金属箔１６を挿入すると、電気的な接触の信頼性が増すと同時に、板状体２と支持体１１の温度差に起因する寸法差を金属箔の面の滑りで緩和できる。 
また、導通端子７の表面にブレーチング加工やサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らすことにより接点が点接触となることを防止すると、さらに接触の信頼性を向上させることができる。 
なお、ヒーター１は金属製の支持体１１に、その開口部を覆うように設置してある。金属製の支持体１１は、側壁部と一層もしくは多層の板状構造部１３を有している。また該板状構造部１３には、板状体２の抵抗発熱体５に給電するための給電部６と導通するための導通端子７が絶縁材９を介して設置され、弾性体８により板状体２の表面の給電部６に押圧されている。また、熱電対１０は、板状体２の中央部のウェハ載置面３の直近に設置され、熱電対１０の温度を基に板状体２の温度を調整する。また、抵抗発熱体５が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの抵抗発熱体５のブロックに測温用の熱電対１０を設置する。 
また、ヒーター１には、該板状体２を冷却するためにエアー噴出口１２、およびガスを排気するための不図示の開口部を形成しても構わない。このように板状体２の冷却機構を設けることにより、ウェハＷの表面に半導体薄膜やレジスト膜を形成したり、表面をエッチングしたりすることによりタクトタイムを短縮することができる。 
また、支持体７内に昇降自在に設置された不図示のリフトピンにより、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、不図示のウェハ支持ピンにより載置面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。
【００５１】
そして、このウェハ加熱装置１によりウェハＷを加熱するには、不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウェハＷを不図示のリフトピンにて支持したあと、リフトピンを降下させてウェハＷを載置面３上に載せる。
【００５２】
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。 
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量％混合し、２０００〜２２００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。 
そして、窒化硼素質焼結体としては、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４５重量％の窒化アルミニウムと５〜１０重量％の希土類元素酸化物を混合し、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。 
また、板状体２を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ2Ｏ3やＹｂ2Ｏ3等の希土類元素酸化物と必要に応じてＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。 
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量％混合し、２１００〜２２００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。 
また、板状体２を形成する窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ2Ｏ3、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ2量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ2を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。ここで示すＳｉＯ2量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ2と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ2と、雰囲気からの影響を含め意図的に添加したＳｉＯ2の総和である。
【００５３】
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１０により測定する。熱電対１０としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径１．０ｍｍ以下のシース型の熱電対１０を使用することが好ましい。また、板状体２に埋め込まれた先端部に力が掛からないように熱電対１０の途中が支持部７の板状構造部１３に保持されている。この熱電対１０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円筒状の金属体の内壁面にバネ材により押圧固定することが測温の信頼性を向上させるために好ましい。 
さらに、これらのウェハ加熱装置１をレジスト膜形成用として使用する場合は、板状体２として窒化物を主成分とする材料を使用すると、大気中の水分等と反応してアンモニアガスを発生させレジスト膜を劣化させるため、この場合板状体２として、炭化珪素や炭化硼素等の炭化物からなるものを使用することが好ましい。 
また、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。これにより、ウェハＷ上に微細な配線を高密度に形成することが可能となる。
【００５４】
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４としては、ガラス又は樹脂を用いることが可能である。ここで、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６００μｍを越えると、板状体２を形成する炭化珪素質焼結体との熱膨張差が大きくなり過ぎるために、クラックが発生して絶縁層４として機能しなくなる。その為、絶縁層４としてガラスを用いる場合、絶縁層４の厚みは１００μｍ〜６００μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは２００μｍ〜３５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００５５】
また、板状体２を窒化アルミニウムを主成分とするセラミック焼結体で形成する場合は、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４を形成する。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。
【００５６】
この絶縁層４を形成するガラスの特性としては、結晶質又は非晶質のいずれでも良く、耐熱温度が３００℃以上でかつ０℃〜３００℃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。
【００５７】
絶縁層４をガラスで形成する場合、ガラス粉末を適当なバインダー、分散材、有機溶剤と混合、混練することでペーストを作成し、利用することが望ましい。
【００５８】
次に、絶縁層４に樹脂を用いる場合、その厚みが３０μｍ未満では、耐電圧が１．５ｋＶを下回り、絶縁性が保てなくなるとともに、抵抗発熱体５にレーザー光で溝１４を形成した際に絶縁層４を傷付ける虞があり、該傷により絶縁層４として機能しなくなる。逆に厚みが１５０μｍを越えると、樹脂の焼付け時に発生する溶剤や水分の蒸発量が多くなり、板状体２との間にフクレと呼ばれる泡状の剥離部ができ、この剥離部の存在により熱伝達が悪くなるため、載置面３の均熱化が阻害される。その為、絶縁層４として樹脂を用いる場合、絶縁層４の厚みは３０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが好ましく、望ましくは６０μｍ〜１５０μｍの範囲で形成することが良い。
【００５９】
また、絶縁層４を樹脂により形成する場合、３００℃以上の耐熱性と抵抗発熱体５との密着性を考慮すると、ポリイミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ポリアミド樹脂等を用いることが好ましい。 
なお、ガラスや樹脂からなる絶縁層４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又は樹脂ペーストを板状体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、ガラスペーストの場合は８００℃の温度で、樹脂ペーストの場合は４００℃以上の温度で焼き付ければ良い。また、絶縁層４としてガラスを用いる場合、予め炭化珪素質焼結体又は窒化アルミニウム質焼結体からなる板状体２を１２００℃程度の温度に加熱し、絶縁層４を被着する表面を酸化処理しておくことで、ガラスからなる絶縁層４との密着性を高めることができる。
【００６０】
また、抵抗発熱体５の上に形成する保護層１６は結晶化ガラスからなり、その少なくとも一部にＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有することが好ましい。ガラス中に生成もしくは分散させる前記結晶相の種類としては、例えばＺｎ2ＳｉＯ4、Ｚｎ3Ｂ2Ｏ6、Ｚｎ3（ＢＯ3）2、Ｚｎ（ＢＯ2）2、ＳｉＯ2等をあげることができる。
【００６１】
保護層１６は、冷却ガスが抵抗発熱体５に直接吹き付けられることを防ぐとともに、これらの結晶相はガラス層を細かいブロックに細分化することになるので、グリフィスフローによるクラックの成長を防止しガラス自体の強度を向上させることができる。この結果、保護層１６のないものでは２０００サイクル程度で５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験で断線していた発熱抵抗体５の寿命を２００００サイクルまで延ばすことができるようになる。また、結晶相を包含するガラス相は、Ｐｂ、Ｂ、Ｂｉ、Ｓｂ等を適宜含有させることにより焼き付け温度を低減させることが可能となる。
【００６２】
ガラスを結晶化させる方法としては、例えば一旦ガラス層を溶融生成させた後、該ガラス層を結晶核生成温度付近で一旦１時間程度保持させ、結晶核を十分生成させたのち、結晶生成温度まで昇温させてガラスを結晶化させる方法がある。
【００６３】
結晶化により生成する結晶の量を測定することは難しいが、ガラスの明度Ｌ*を測定することにより、結晶化の度合いを間接的に測定できる。この結果、少なくともガラスの透明感がなくなる程度、すなわち明度Ｌ*を４０以上とすれば、良好な結晶化を達成できて好ましい。
【００６４】
なお、保護層１６の明度Ｌ*の測定は、ＪＩＳ  Ｚ  ８７２９（Ｌ*ａ*ｂ*表色系）に基づき、分光分析計にて明度Ｌ*を測定する。
【００６５】
生成してくる結晶層が針状結晶であれば、繊維強化により保護層１６の強度を向上させ、クラックの発生を抑制することができる。また、もしガラス中に微小クラックが発生したとしても、生成した結晶がクラックの進展を止める効果が期待できる。
【００６６】
保護層１６に使用するガラスとしては、７００℃程度の低い温度で焼き付けが可能で、且つ熱膨張率が板状体２の熱膨張係数に対し０．５〜１．５×１０-6／℃の範囲であることが必要である。一般的に、ガラスの熱膨張率とガラスの焼き付け温度の関係は負の相関があり、熱膨張係数を下げようとすると焼き付け温度が高くなり、焼き付け温度を下げようとすると熱膨張係数が高くなる傾向にある。従って、熱膨張係数と焼き付け温度を同時に目標のレベルにすることは、非常に難しい。
【００６７】
そこで、たとえば、Ｚｎ2ＳｉＯ4、Ｚｎ3Ｂ2Ｏ6、Ｚｎ3（ＢＯ3）2、Ｚｎ（ＢＯ2）2、ＳｉＯ2のような低熱膨張係数の結晶相をガラス中に析出もしくは分散させ、見掛けのガラスの熱膨張係数を下げることが好ましい。また、ＰｂＯ、Ｂ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3はどちらかというと結晶化せず、ガラス中に残留してガラスの融点を下げる効果がある。また、これらの成分はガラスの熱膨張係数を増大させることなく焼き付け温度を低減できる機能を持った成分である。また、ガラス中の結晶相については、特にガラス相から析出してくるものに限定するものではなく、上記のような結晶をガラス中に混合し焼き付け処理することによりガラス中に混在させる手法を用いても構わない。
【００６８】
低熱膨張係数の結晶相としては、β−ユークリプタイトのように負の熱膨張係数を持つ結晶相もあるが、この結晶相は結晶中に含まれるＬｉイオンが抵抗発熱体５に印加される電圧により移動し、耐久性に影響する恐れがあるため、β―ユークリプタイト以外の結晶層とすることが望ましい。
【００６９】
なお、保護層１６に含有されるガラス中の結晶相の同定は、Ｘ線回折（理学電気社製）により同定した。また、ガラスの転移点および軟化点の測定は、示差走査熱量分析計を用いて、温度を上昇させながら熱の出入りを測定し、ベースラインの最初の吸熱シフト部分の漸近線の交点をガラス点移転とし、その次に出現する緩やかな発熱ピークの両側の漸近線の交点を軟化点とした。
【００７０】
また、前記保護層１６の熱膨張係数が板状体２の熱膨張係数に対して−０．５〜＋２．０×１０−６／℃の範囲となることが好ましい。これは、本発明はセラミックスからなる板状体２の一方の主面をウェハ載置面３とし、他方の主面に酸化膜と、ガラスからなる絶縁層４をこの順に備え、該絶縁層４上に発熱抵抗体５、該発熱抵抗体５上に保護層１６を備えているため、絶縁層４、発熱抵抗体５および保護層１６の熱膨張係数は板状体２に近いほど５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を伸ばすことになるからである。
【００７１】
特に、板状体２が炭化珪素の場合、保護層１６の熱膨張係数が３．４〜６．９×１０−６／℃であれば、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を２０００００サイクルまで伸ばすことができることを見出した。
【００７２】
さらに、保護層１６のガラス部分の軟化点が絶縁層４を形成するガラスの転移点よりも低くなるようにすることにより、より強固な保護層１６と絶縁層４との接合強度が得られ、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を、２２００００サイクル以上に伸ばすことができる。
【００７３】
さらに、保護層１６のガラス部分の軟化点を発熱抵抗体５に含まれるガラスの軟化点以下にすることにより、保護層１６の焼き付け温度を抵抗発熱５の焼き付け温度より低くすることができ、抵抗発熱体５中に保護層１６のガラス成分の侵入を抑えることが可能となった。そのことにより焼き付け時における抵抗変化量を抑えることができ、半導体製造装置用のヒーターに代表されるような均一な温度分布を必要とされるヒーターの作製が可能となった。さらには抵抗発熱体５中に保護層１６のガラス成分の侵入を抑えることで、発熱抵抗体５の金属成分とガラス成分の均一な分散状態が維持され、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久における寿命の劣化を防ぐことができる。
【００７４】
さらに、保護層１６の膜厚については１０〜５００μｍの範囲内とすることが好ましい。保護層１６の膜厚が１０μｍ未満の場合には、保護層１６の表面にピンホールに代表される外観不良が発生する。また保護層１６の膜厚が５００μｍを越える場合には、特にガラスは熱伝導率が低いため、板状体２の急速昇降温からみて好ましくない。
【００７５】
また、保護層１６は上記結晶化ガラス等を含む粉末をペースト状にして、スクリーン印刷法により適宜形成することができる。
【実施例】
【００７６】
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の円板状をした板状体２を複数製作し、各板状体２の一方の主面に絶縁層４を被着するため、ガラス粉末に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あと、５５０℃で３０分間脱脂処理を施し、さらに７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、ガラスからなる厚み２００μｍの絶縁層４を形成した。ついで絶縁層４上に抵抗発熱体５を被着するため、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バインダーおよび溶剤と混合したペーストを、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４５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、５００〜７００℃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は、中心部と、外周部を周方向に４分割した５つのパターン構成とした。
【００７７】
こうして準備した抵抗発熱体５の帯を複数に区分して抵抗値を測定した。そして、測定した抵抗値と設計抵抗値を比較してレーザー光波長が１．０６μｍのＹＡＧレーザー光を用い、出力０．２〜１．０Ｗまでを振り、溝の加工速度を２〜２０ｍｍ／ｓｅｃの範囲内として溝を加工し、各区分の抵抗値を調整した。
【００７８】
また、一部、Ｚｎ系ガラスペーストをスクリーン印刷することにより、抵抗発熱体５上の溝加工端部に保護層１６を設けたサンプルと、エアー噴出口１２付近の抵抗発熱体５上一帯にガラスの保護層１６を設けたサンプルを作成した。
【００７９】
その後、板状体２の全体の温度が１分間で３５０℃となるような電圧を印加し３分間保持した後、６ｋｇ/ｍｍ３、８０Ｌ/ｍｉｎのエアーにて、２分で４０℃以下に強制冷却する冷熱サイクルを５０００サイクルかけて、その前後で溝を施した部分の抵抗値の変化を調査した。
【００８０】
抵抗値の測定は、４端子法により接触抵抗を考慮できるようにして測定した。また、評価基準として、上記の耐久テストにおいて、分割された抵抗発熱体５の全抵抗値の抵抗変化率が５％以内のものは実用的に使えると判断した。また、５％を越えるものは実用的に使えないと判断した。
【００８１】
また、溝の端部の円弧状部分の円弧の直径や初期最長クラック長さは、溝の端部をマイクロコープで撮影し画像処理して算出した。端部円弧直径は、端部円弧直径を３箇所測定しその平均値Ｄと、溝加工した溝幅の３箇所の平均値を溝幅ＡＶとして、Ｄ／ＡＶを（端部円弧直径/溝幅）として求めた。また、溝の端部から発生するクラック長さに関して、クラックが有する溝の幅方向の最大距離を初期最長クラック長さとして測定した。それぞれの結果は表１に示す通りである。
【表１】
2006013262.tif 000003
【００８２】
表１に示すように、本発明の範囲外であるサンプルＮｏ．１は抵抗変化率が１３．２％と非常に大きかった。これは、レーザー加工・終了開始時に可動ミラー１９の回転加速度が大きく、溝の端部が鋭角にであったために、溝の端部に冷熱サイクルで発生する熱膨張差による応力が集中し、クラックが発生するとともに進行した為と考えられる。そして、抵抗発熱体５の断線へとつながるであろうことが推測できる。
【００８３】
これに対して、本発明のサンプルＮｏ．２〜９は、何れも抵抗変化率が４．３％以下と小さく、良好な耐久性が得られることが分った。
【００８４】
また、溝の端部の円弧の直径が溝の幅の０．５〜３倍の範囲外であるサンプルＮｏ．２、３の抵抗変化率は４．２〜４．３％とやや大きいことが分った。
【００８５】
また、溝の端部の円弧の直径が溝幅の０．５〜３倍であるサンプルＮｏ．４〜９は、耐久試験後の抵抗変化率が３．８％以下と小さく更に好ましいことが分った。
【００８６】
また、サンプルＮｏ．６〜９の様にクラックが５本以下であると、抵抗変化率が０．２〜１．３％と更に小さく好ましいことが分った。併せて、耐久評価より、クラックの長さは１００μｍ以下とすることが望ましいことが分った。
【００８７】
また、サンプルＮｏ．８より、溝の端部の抵抗発熱体の上に保護層を設けると、クラックの進行を抑制でき、抵抗変化率が０．４％と小さく、耐久性が大きく向上した。
【００８８】
更に、サンプルＮｏ．９において、エアー噴出口付近の抵抗発熱体の上に保護層を設けると抵抗変化率は０．２％と最も小さくなり、さらに耐久性が向上した。これは、熱衝撃で発生するクラックを防止するともに、高圧のエアー流による抵抗発熱体の浸食を防止することができるからと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明のウェハ加熱装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ加熱装置の抵抗体の一例を示す平面図である。
【図３】本発明のウェハ加熱装置における抵抗発熱体のレーザー光トリミングの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明のウェハ加熱装置における抵抗発熱体のレーザー光トリミング上の保護層の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明のレーザー加工装置を示す概略図である。
【図６】従来のウェハ加熱装置の抵抗体の一例を示す平面図である。
【図７】従来のウェハ加熱装置の抵抗体の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１１１．ウェハ加熱装置
１．   ヒーター
２．   板状体
３．   載置面
４．   絶縁層
５．   抵抗発熱体
６．   給電部
７．   導通端子
８．   弾性体
９．   絶縁材
１０． 熱電対
１１． 支持体
１２． エアー噴出口
１３． 板状構造部
１４．溝加工凹部
１５．溝加工端部
１６．保護層
１７．クラック
１８．レーザー光発振器
１９．可動ミラー
２０．可動テーブル
２１．給気口
２３．排気口
【図１】
2006013262.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006013262.tif 000009
【図７】
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