(57)【要約】【課題】ウェハ加熱装置に使用するヒータの抵抗値を調整するためには、レーザー光によるトリミングにより抵抗発熱体の帯の長手方向に溝を形成し、抵抗調整をしてきたが、抵抗調整範囲が大きいと調整しきれないことがあった。また、この抵抗発熱体は、微細に見るとクラックがあり、使用中にクラックが伸展し抵抗増加や断線となるという問題があった。また、それぞれのトリミング加工による抵抗値バラツキが生じ、なかなか狙った抵抗値に加工できないことからウェハＷの面内温度差が大きいという問題があった。【解決手段】板状体の表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平行で、前記帯に直角方向に連続した複数の溝を形成する。【選択図】図１
2006054125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、該抵抗発熱体の上に、帯の長手方法に略並行で且つ上記帯に直角な方向に連続した複数の溝を有することを特徴とするヒータ。
【請求項２】
上記抵抗発熱体の帯に直角な方向の断面において、上記複数の溝の表面が滑らかな凹凸面を形成していることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
上記複数の溝のうち、一部の溝の長さが他と異なることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
上記複数の溝のうち、外側の溝の長さが他の溝の長さより小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項５】
上記連続した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抵抗発熱体の帯の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のヒータ。
【請求項６】
上記溝がレーザー光により形成されたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のヒータ。
【請求項７】
上記板状体が炭化物または窒化物を主成分とするセラミックスからなることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のヒータ。
【請求項８】
レーザー光により溝を形成した後、該溝を形成した抵抗発熱体の抵抗値を測定して、所定の抵抗値と比較し、上記抵抗発熱体が所定の抵抗値となるようにレーザー光により上記溝に沿って新たな溝を形成することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のヒータの製造方法。
【請求項９】
抵抗発熱体の両端の抵抗値を測定しながら、レーザー光により溝を形成して上記抵抗値を粗調整する工程と、レーザー光を上記抵抗発熱体に照射しない状態で上記抵抗値を測定する工程と、再度所定の抵抗値となるように上記溝に沿って上記溝より短い溝を形成する工程からなることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のヒータの製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜７の何れかに記載のヒータにおける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、前記複数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備えたことを特徴とするウェハ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に半導体製造工程におけるウェハ処理プロセスに重要な半導体製造装置とこれに用いられるウェハ加熱装置、及びそのヒータに関するものであり、シリコンウェハ（以下、ウェハと略す）表面に絶縁膜やレジスト膜等の薄膜を形成したり、現像液をかけ薄膜表面を露出させ、パターンを形成する半導体製造プロセス装置等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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）を加熱するためのセラミック製のヒータが用いられている。
【０００３】
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。
【０００４】
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７に示すようなセラミック製のヒータが提案されている。
【０００５】
このセラミックヒータ７１は、板状セラミックスからなる板状体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、板状体７２の下面に、例えば図８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。
【０００６】
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。
【０００７】
ところで、このようなセラミックヒータ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２や特許文献４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。
【０００８】
特許文献４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、特許文献２に示すように抵抗発熱体の帯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ヒータによりウェハＷの温度分布を良くする方法が開示されている。
【０００９】
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。
【特許文献１】特開２００１−２０３１５６号公報
【特許文献２】特開２００１−２４４０５９号公報
【特許文献３】特開２００１−２９７８５８号公報
【特許文献４】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】
【００１０】
ウェハ加熱装置に使用するヒータの抵抗値を調整するためには、レーザー光によるトリミングにより抵抗発熱体の帯の長手方向に溝を形成し、抵抗調整をしてきたが、抵抗調整範囲が大きいと調整しきれないことがあった。
【００１１】
また、この抵抗発熱体は、微細に見るとクラックがあり、使用中にクラックが伸展し抵抗増加や断線となるという問題があった。
【００１２】
また、それぞれのトリミング加工による抵抗値バラツキが生じ、なかなか狙った抵抗値に加工できないことからウェハＷの面内温度差が大きいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は、上記課題について検討した結果、板状体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、該抵抗発熱体の上に、帯の長手方法に略並行で且つ上記帯に直角な方向に連続した複数の溝を有することを特徴とする。
【００１４】
また、上記抵抗発熱体の帯に直角な方向の断面において、上記複数の溝の表面が滑らかな凹凸面を形成していることを特徴とする。
【００１５】
また、上記複数の溝のうち、一部の溝の長さが他と異なることを特徴とする。
【００１６】
また、上記複数の溝のうち、外側の溝の長さが他の溝の長さより小さいことを特徴とする。
【００１７】
また、上記連続した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抵抗発熱体の帯の幅よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
また、上記溝がレーザー光により形成されたことを特徴とする。
【００１９】
また、上記板状体が炭化物または窒化物を主成分とするセラミックスからなることを特徴とする。
【００２０】
また、レーザー光により溝を形成した後、該溝を形成した抵抗発熱体の抵抗値を測定して、所定の抵抗値と比較し、上記抵抗発熱体が所定の抵抗値となるようにレーザー光により上記溝に沿って新たな溝を形成することを特徴とする。
【００２１】
また、抵抗発熱体の両端の抵抗値を測定しながら、レーザー光により溝を形成して上記抵抗値を粗調整する工程と、レーザー光を上記抵抗発熱体に照射しない状態で上記抵抗値を測定する工程と、再度所定の抵抗値となるように上記溝に沿って上記溝より短い溝を形成する工程からなることを特徴とする。
【００２２】
また、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、前記複数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備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の効果として、以下の効果が挙げられる。
【００２４】
基板上に形成された抵抗発熱体の抵抗値を調整するために、レーザー光によるトリミングを実施し、抵抗発熱体の帯の長手方向に略平行で、帯に直角方向に連続した複数の溝を形成することにより、均熱性に優れ、昇降温速度を短縮することが可能となる。
【００２５】
また、溝を形成した後に、該溝を形成した抵抗発熱体の抵抗値を測定し、所定の抵抗値と比較するコンパレータを備え、再度所定の抵抗値となるようにレーザー光により上記溝に沿って、更に、断面が滑らかな凹凸面の溝を形成することにより、試料毎のばらつきによる抵抗増加や断線を防止することが可能となる。
【００２６】
また、それぞれのトリミング加工による抵抗値バラツキを最小限に抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
図１は本発明に係るヒータ１を使ったウェハ加熱装置１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を具備している。 
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、混練する事ことによりペーストが作製され、スクリーン印刷される。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を形成できる。
【００２９】
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％のガラス成分を含むことが好ましい。
【００３０】
抵抗発熱体５は、図４に示したような複数の抵抗発熱体に分割され、個々の抵抗発熱体は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折り返し形状とすることができる。そして、抵抗発熱体５を複数の抵抗発熱体は、それぞれの温度を独立に制御することにより、広い載置面３を均一に加熱することが好ましい。
【００３１】
しかし、スクリーン印刷で形成した抵抗発熱体５は、部分的に厚みや幅が微妙に異なりウェハＷの表面温度差を０．４℃以内或いは０．２℃以内に制御するに際し、上記厚みや幅の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、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の断面積を小さくすることで抵抗発熱体５の帯の一部の抵抗を大きくしてウェハＷ面内の温度差を小さくすることができる。
【００３２】
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幅が広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。
【００３３】
本発明のヒータ１は、板状体２の表面に帯状の抵抗発熱体５を備え、該抵抗発熱体５の上に帯の長手方向に略並行で且つ上記帯に直角な方向に連続した複数の溝１４を有することを特徴としている。図２のように、抵抗発熱体５に複数の溝１４を並列に形成する事により抵抗調整範囲を効率的に拡げる事ができる。抵抗発熱体５の帯に直角な方向に連続した複数の溝１４が形成されていると、溝１４同士が幅方向に繋がっていることから帯の幅に対し最大限の抵抗調整ができる。この様に形成されていると抵抗発熱体５の帯の抵抗値を大きく調整することができ、大型のウェハＷの面内に対応して板状体２の載置面３に形成された抵抗発熱体５の全面において所定の抵抗値に調整できることから、ウェハＷの面内温度差を±０．２℃或いは±０．ｌ℃以内と極めて小さくすることができる。
【００３４】
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や幅のバラツキが存在し、またポーラスな組織となるので、抵抗調整できるレベルまでレーザー光で溝を加工すると、レーザー光で加工した溝１４の底部にクラックが発生することがあり、このクラックが絶縁層４や板状体２２にまで達し加熱冷却時の熱衝撃により絶縁層４や板状体２２にまで達する事になる。特許文献３のように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、溝加工の深さ方向でレーザー光の照射エネルギーが大きくなり、溝が重なる部分で深く形成され、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１４の底部から多数のクラック１７が生じ、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、断線へと発展するおそれがある。
【００３５】
そこで本発明のヒータ１の抵抗発熱体５は、図３に示すように、抵抗発熱体５を形成する帯の長手方向に直角な断面において、複数の溝１４の表面が滑らかな凹凸面を形成していることが好ましい。複数の溝１４の表面が滑らかな凹凸面を形成していると溝１４から抵抗発熱体５へのクラックの伸展や発生を抑制することができて好ましい。しかも溝１４の加工による加工歪みから生じる抵抗発熱体５内部の応力を緩和することができ、クラックの伸展や発生を防止することができる。さらに、クラックを防止できる事から、クラック部分で発生する異常発熱を抑制でき、均熱性が向上する。これは、本発明のようにレーザー光により溝１４の加工を行う場合、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すると、溝１４間の抵抗発熱体５は溶融し、前回のレーザー加工によって生じたクラックを除去する効果があると考えられる。このような溝１４を形成するには、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。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調させて、レーザーが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して個々の溝１４を形成するとともに複数の溝１４が連続するように溝１４を形成することが好ましい。
【００３６】
図６の（ａ）のように溝４４と溝４４が連続しないで離間していると溝と溝の間に連続した台形状の壁４５が発生し、この台形状の壁４５にクラックが発生し易くなり、抵抗発熱体５を急速に加熱したり冷却するとこの台形状の壁４５が脱落しウェハＷ面内の温度差が大きくなる虞があり好ましくない。
【００３７】
また、上記連複数の溝１４のうち、一部の溝１４の長さが他と異なることが好ましい。図４のような大型の板状体２の全面を加熱するような抵抗発熱体５を全面に渡って発熱量を調整するには、抵抗発熱体５を５０〜２００程の領域に分割し、その分割した領域の抵抗値を所定の値に入るように溝１４を形成し、各分割領域の発熱量を調整することでウェハＷ全面の温度差を小さくするように調整できる。このような分割領域の抵抗値は予め決められた抵抗値になるように溝１４を形成するのであるが、各分割領域の両端の抵抗を直接触針を当て測定しながら、溝１４を形成するが、レーザ加工しながら抵抗値を測定していることから、レーザ加工している部分の温度が上昇した状態の抵抗値は、その抵抗発熱体５の温度係数にもよるが常温の抵抗値より大きくなることから、所定の抵抗値に調整しても、常温では抵抗値が微妙に異なる虞があった。そこで、抵抗発熱体５の抵抗値を測定しながら溝１４を複数形成し、所定の抵抗値に近づいた状態で一旦レーザ光の照射を停止し抵抗発熱体５を常温に冷した後、抵抗発熱体５の抵抗値を測定し所定の抵抗値と比較し最後の溝１４を形成することで、各領域の抵抗値を精度良く調整することができる。そして、各領域に形成する複数の溝１４の最後に形成する溝１４は他の溝１４より長さを短くすることで、領域の抵抗値を更に微妙に調整することができることからウェハＷの表面温度差をより小さくすることができて好ましい。更に、各領域の抵抗値を調整するには他より短い溝１４を形成し抵抗調整した後再度レーザ光の照射を止めて、抵抗発熱体５の温度を常温に戻した状態で抵抗を測定し更に微細な抵抗調整するための所定の長さの溝１４を形成することが好ましい。このように各領域の抵抗値を調整することで各領域の抵抗値を細かく調整することが可能となり、ウェハＷの面内温度差を小さくすることができて好ましい。
【００３８】
また、連続した複数の溝１４の外側の溝１４の長さが他の溝１４の長さより小さいことが好ましい。その理由は、溝１４は帯の中心に形成することが抵抗発熱体５の全体の対称性が変化する虞が少なく好ましい。そしてこのような溝１４は帯の中心に最初の溝１４を形成しその外側に左右順番に形成されるが、最後の溝１４は他の溝１４より短くその外側に形成されることで、微細な抵抗調整を達成することができるからである。
【００３９】
また、上記連続した複数の溝１４からなる群Ｇ１、Ｇ２・・・は、上記抵抗発熱体５の帯の長手方向に沿って複数に分割され、各郡Ｇと群Ｇとの間隔が上記抵抗発熱体の帯の幅よりも小さいことが好ましい。例えば、上記群Ｇ１と群Ｇ２との間隔が前記帯の幅より小さいことが好ましい。抵抗発熱体５を５０〜２００個に分割した各領域において、群Ｇ１と群Ｇ２との間隔が帯の幅より小さいと、群Ｇ１と群Ｇ２との間にクールスポットが発生する虞がなく好ましい。また、領域内で群Ｇ１と群Ｇ２に分割することで領域内の抵抗値を分散して調整することができ、領域内の温度バラツキを小さくすることができて好ましい。
【００４０】
また、本発明の板状体２は、炭化物または窒化物を主成分とするセラミックスからなることが好ましい。このような板状体２はヤング率が３００ＧＰａ以上と大きく熱を加えても変形が小さく、板状体２の厚を２〜４ｍｍ以下と薄くできるため、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、半導体製造装置としての生産性を高めることができる。また、板状体２としてより好ましくは炭化珪素室焼結体または窒化アルミニウム質焼結体、炭化ホウ素質焼結体、窒化珪素質焼結体を用いることが好ましく、板状体２の熱伝導率を１５０〜２５０Ｗ／（ｍ／Ｋ）と大きくすることができることから、ウェハＷ表面の温度差を小さくすることが容易となり好ましい。
【００４１】
次に、本発明のヒータ１の製造方法について説明する。
【００４２】
本発明のヒータ１は、レーザー光により溝１４を形成した後、該溝１４を形成した抵抗発熱体５の抵抗値を測定して、所定の抵抗値と比較し、上記抵抗発熱体が所定の抵抗値となるようにレーザー光により上記溝１４に沿って新たな溝１４を形成することが好ましい。レーザー光により溝１４を形成した抵抗発熱体５の抵抗値を測定し、所定の抵抗値と比較するコンパレータを備え、所定の抵抗値となるようにレーザー光により上記溝１４に沿って新たな溝１４を形成することが好ましい。このようにレーザー光により溝１４を形成した抵抗発熱体５の抵抗値を測定し、その抵抗値をコンパレータで比較し所定の抵抗値となっていなければ、再度所定の抵抗値となるようにレーザー光により上記溝１４に沿って新たな溝１４を形成することで各領域の抵抗値を所定の抵抗値に入れることができることから、ウェハＷ面内の温度差をより小さくすることができて好ましい。
【００４３】
また、抵抗発熱体５の両端の抵抗値を測定しながら、レーザー光により溝を形成して上記抵抗値を粗調整する工程と、レーザー光を上記抵抗発熱体５に照射しない状態で上記抵抗値を測定する工程と、再度所定の抵抗値となるように上記溝１４に沿って上記溝１４より短い溝１４を形成する工程からなることが好ましい。抵抗発熱体５の両端の抵抗値を測定しながら、所定の抵抗値となるように溝１４を連続して形成すると短時間で溝１４を加工することができて好ましい。しかし、レーザ光を照射しながら抵抗測定を行うと抵抗発熱体の一部が加熱されていることから抵抗発熱体５の抵抗が大きく測定される虞があり正確な精度で抵抗調整することができない。そこで、より微細に正確に抵抗調整するにはレーザ照射を止めて、溝１４を形成した後に抵抗発熱体５の抵抗値を測定することが重要であり、しかもこの抵抗値は常温で測定することが重要である。先に述べたようにレーザ光を照射した状態では抵抗発熱体の温度が部分的に高くなっていることから測定抵抗値が大きくなる虞があり、正確な抵抗値を測定することが困難であるが、レーザ光の照射を止め、抵抗発熱体５の温度を常温にして抵抗を測定することでより正確な抵抗値を求めることができる。因みにこのレーザ光の照射を停止する時間は１００ｍ秒程度あれば抵抗発熱体５の温度は常温に戻ることができて、正確な抵抗値を測定することができる。そして、この正確な抵抗値に基づき溝１４の長さを短く調整した溝１４を形成することで微小な抵抗調整を実施することができる。
【００４４】
次に、本発明の抵抗発熱体のレーザ光によるトリミング工程についてより詳細に説明する。
【００４５】
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、この溝１４の加工は、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５〜２０ｍｍ／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６０μｍである。  
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２／３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る為、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おそれがある。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の本数が増し、レーザー加工工程にかかる時間が長くなり、作業効率が悪くなる。
【００４６】
本発明でのレーザートリミングは、予め、帯状の抵抗発熱体５を所定の長さ毎に４端子法で抵抗値を測定し、目標とする抵抗値との差を演算し求める。求められた差を部位毎にレーザートリミング装置へ入力する。図５に示す様に可動ミラー２９を備えたレーザー光発振器２５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の帯に目標とする抵抗値との差分照射し、上記溝１４を形成する工程において、固定テーブルに可動ミラー２９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６０μｍである。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、前述したように抵抗発熱体５を貫通し、絶縁層２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２９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、溝１４の底面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溝加工底面が深く鋭角となる場合が生じる。また、抵抗発熱体５の構成成分が変われば、この加工条件も変更となる。ここで、レーザー光発振器２５のパルスレーザー光と可動ミラー２９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１５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。
【００４７】
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、進行角度データ、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３４の上に置き、不図の位置合わせ用ポイントの座標をカメラ２６で読みとり、加工開始位置／停止位置を決定する。
【００４８】
レーザー光発振器２５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２９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３４上で図４に示す板状体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。つまり、目標とする抵抗値との差に基づき、抵抗値を測定しながら、レーザー光を照射し所定の長さ毎に、抵抗発熱体を切り上げ、複数の溝を形成し、所定の抵抗値となるまで再度、複数回抵抗値の調整が行われる為、本発明のヒータ１は、連続した複数の溝の一部の溝の長さが異なることを特徴としており、且つ、この連続した複数の溝の外側の溝の長さが他の溝の長さより短く小さいことを特徴としているように、加工と測定による確認を繰り返す為、抵抗値バラツキの積算を最小限に押さえることが可能となる。
【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１へと組み立てられる。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、ウェハＷの加熱にムラが生じることとなる。
【００５０】
次に、本発明のその他の構成について詳細を説明する。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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２２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。
【００５８】
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２２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。
【００５９】
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２２を構成するセラミックスの熱膨張係数に対し−５〜＋５×１０7／℃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２２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。
【００６０】
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、利用する事が望ましい。
【００６１】
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を傷付けるおそれがあり、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２２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。
【００６２】
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。
【００６３】
なお、ガラスや樹脂からなる絶縁層４を板状体２２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２２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２２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。
【００６４】
また、図１に示すように、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為、板状体２２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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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２２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２２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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、板状体２は金属製のケース１１に、その開口部を覆うように設置してある。金属製のケース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２２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２２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２２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。この抵抗発熱体５は、複数の溝を有し、溝がレーザー光により形成されたことを特徴としている為、抵抗調整されたヒータ複数により構成され、より均熱性の高いウェハ加熱装置といえる。
【００７０】
また、板状体２には、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することで、昇降温速度にも優れる。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ウェハ加熱装置を構成することができる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
炭化物または窒化物等のセラミックスを用い、抵抗発熱体を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加熱するセラミックヒータを使用したウェハ加熱装置を搭載した半導体製造装置は、レジストの加熱・乾燥等の処理時間が短く、加熱温度精度の向上、ウェハ処理時間の短縮を達成し、装置のランニングコスト低減を実現し、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。
【実施例１】
【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３ｍｍ、外径３００ｍｍの円板状をした板状体を複数作製し、各板状体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パタ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５パターン構成とした。
【００７７】
こうして作製した抵抗発熱体の各パターンをそれぞれ帯の長手方向に５０箇所前後に分割し、各箇所で設計した抵抗値と実測抵抗値とを４端子測定法で測定し、その差分をレーザビームを照射して溝を形成して抵抗調整した。前記溝の形成方法としては日本電気製のＹＡＧレーザーを使用した。レーザー光は、波長が１．０６μｍ、パルス周波数1ＫＨｚ、レーザ出力値０．５Ｗ、加工速度８ｍｍ／ｓｅｃ．として照射した。
【００７８】
尚、上記条件で作製された溝の幅は約６０μｍで深さは約２０μｍであった。そして、各群毎に形成された溝と溝との間隔であるピッチは約５０μｍで最大の溝の数は１３個であった。
【００７９】
ここで、レーザー光の重なり状態を変え、複数溝を形成した後に、抵抗値を測定し、所定の抵抗値と比較し、再度所定の抵抗値となるように複数回、レーザー光により上記溝に沿って外側へ、他の溝より長さが小さく異なる試料を作製した。
【００８０】
抵抗発熱体の両端の抵抗値を測定しながら、所定の抵抗値となるようにレーザー光により溝を形成し、レーザー光により形成された溝がそれぞれ離れ、重ならない試料をＮｏ．５、６とした。
【００８１】
また、抵抗発熱体の両端の抵抗値を測定しながら、所定の抵抗値となるようにレーザー光により溝を形成し、レーザー光により形成された溝が帯に直角な方向に連続した試料をＮｏ．３、４とした。
【００８２】
更に、帯に直角な方向に連続した溝を形成した後、レーザー光を上記抵抗発熱体に照射しない状態で再度、上記抵抗値を測定し、所定の抵抗値となるようにレーザー光により再度上記溝に沿って上記溝より短い溝を形成した試料をＮｏ．１、２とした。
【００８３】
上記抵抗発熱体を形成した板状体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、半導体製造装置に用いられるウェハ加熱装置を完成した。
【００８４】
その後、測温素子付きのウェハを載置面に載せてセラミックヒータを加熱し、ウェハ全体の温度の平均が２５０℃になるようにして、前記の測温素子付きのウェハを用いてウェハ表面の温度ばらつきと設計した抵抗値との差を測定した。
【００８５】
さらに、板状体の全体の温度が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する耐久評価を行った。 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の最大値が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。
【００８６】
それぞれの結果は表１に示すとおりである。
【表１】
2006054125.tif 000003
【００８７】
表１に示すように、レーザー光により作製したそれぞれの溝が略並行に離れて形成された試料Ｎｏ.５、６は、ウエハ面内温度差が±０．３２℃、±０．３６℃と大きく、しかも耐久試験後の抵抗変化率は８．３％、１２．４％と大きく好ましくなかった。
【００８８】
これに対し、本発明の板状体の表面に帯状の抵抗発熱体を備え、該抵抗発熱体の上に、帯の長手方法に略並行で且つ上記帯に直角な方向に連続した複数の溝を有する試料Ｎｏ．１〜４はウェハＷ面内の温度差が±０．１８℃以内と小さく耐久試験後の抵抗変化率１．８％以下と小さく優れた特性を示すことが分った。
【００８９】
また、抵抗値を測定しながらレーザ光で溝を形成し抵抗値を調整した後、レーザ光の照射を止めてから抵抗値を測定し所定の抵抗値と比較し、再度所定の抵抗値となるようにレーザー光により上記溝に沿って、他の溝より長さが小さい溝を形成した本発明の試料Ｎｏ．１，２は、ウエハ面内温度差が±０．０８℃、０．１０℃で、耐久試験後の抵抗変化率は０．２４％、０．４２％となり、試料Ｎｏ.３、４と比較し、更に良好な特性を示した。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明のヒータの一例を示す断面図である。
【図２】本発明のヒータの抵抗発熱体の帯に形成した溝の一例を示す図である。
【図３】本発明のヒータにおける抵抗発熱体の溝の一例を示す一部断面斜視図である。
【図４】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５】本発明のレーザー加工装置を示す概略図である。
【図６】（ａ）は従来の溝を示す一部断面斜視図を示す。
【図７】従来のヒータの一例を示す断面図である。
【図８】従来のヒータの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１．ヒータ、ウェハ加熱装置
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．溝加工端断面
１６．保護層
２０．入力部
２１．演算部
２２．記憶部
２３．制御部
２４．抵抗測定部
２５．レーザー光発振器
２６．カメラ
２７．ガルバノメーター
２８．レーザー光
２９．可動ミラー
３０．測定端子
３１．板状体
３２．ストッパー
３３．載物台
３４．可動テーブル
【図１】
2006054125.tif 000004
【図２】
2006054125.tif 000005
【図３】
2006054125.tif 000006
【図４】
2006054125.tif 000007
【図５】
2006054125.tif 000008
【図６】
2006054125.tif 000009
【図７】
2006054125.tif 000010
【図８】
2006054125.tif 000011