熱均一性が強化された加熱装置及びその製造方法
【課題】 本発明は、全体的に半導体処理チャンバ内の基板に比較的均一な温度分布をもたらし、或いはプレス形成ガラスレンズ用の金属金型又はセラミック成形型を加熱するための加熱装置に関する。
【解決手段】 基板の表面温度を調整／制御するための加熱装置が提供される。少なくとも１つの熱分解グラファイト（ＴＰＧ）層は、ヒータ内に埋め込まれ、加熱装置内の種々の構成要素の温度差を拡散し、基板上の最高温度点と最低温度点との間の差が１０℃よりも小さい、比較的均一な基板温度に対して基板の表面温度の時間的及び空間的制御を可能にする。
【解決手段】 基板の表面温度を調整／制御するための加熱装置が提供される。少なくとも１つの熱分解グラファイト（ＴＰＧ）層は、ヒータ内に埋め込まれ、加熱装置内の種々の構成要素の温度差を拡散し、基板上の最高温度点と最低温度点との間の差が１０℃よりも小さい、比較的均一な基板温度に対して基板の表面温度の時間的及び空間的制御を可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に半導体処理チャンバ内の基板に比較的均一な温度分布をもたらし、或いはプレス形成ガラスレンズ用の金属金型又はセラミック成形型を加熱するための加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの半導体プロセスは通常、真空環境、すなわち内部に配置されるウェーハ基板を支持する組立体を含む密閉チャンバ内で実施される。半導体プロセスでは、加熱装置は通常、支持体を加熱するために加熱装置内に配置された電極を有することができ、更にセラミック支持体すなわち静電チャック又はＥＳＣ（サセプタとも呼ばれる）に対してウェーハ又は基板を静電気的に保持する電極を有することができるセラミック支持体を含む。堆積、エッチング、注入、酸化、その他を含む半導体デバイス製造プロセスは、チャンバ内で行うことができる。堆積プロセスの実施例として、スパッタ堆積として知られる物理的蒸着（ＰＶＤ）プロセスを想起することができ、ここでは、一般にウェーハ基板上に堆積されることになる材料からなるターゲットが基板上に支持され、通常はチャンバの上部に固定される。プラズマは、基板とターゲットとの間に供給されたアルゴンなどの気体から形成される。ターゲットは、プラズマ内部のイオンをターゲットに向かって加速させるようにバイアスされている。プラズマイオンはターゲット材料と相互作用して、材料の原子をスパッタリングで取り出し、チャンバを通ってウェーハに進み、集積回路（ＩＣ）に処理されている半導体ウェーハの表面上に再堆積する。他の堆積プロセスは、限定ではないが、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）、減圧化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線蒸着（ＭＢＥ）、その他を含むことができる。
【０００３】
上述のプロセスの幾つかにおいて、支持体を加熱することによりウェーハを加熱するのが望ましい。堆積、エッチング、注入、その他が行われている材料の化学反応速度は、ウェーハの温度によってある程度制御される。ウェーハの表面全体にわたる堆積、エッチング、注入、その他における望ましくない不均一は、ウェーハ域全体にわたってウェーハの温度が過度に変化する場合に容易に生じる可能性がある。殆どの場合には、ウェーハ上の種々の位置で製造されている他のＩＣが、望ましいものを上回る規準から逸脱した電子的特徴を有することになるので、堆積、エッチング、注入はほぼ完全な程度に均一であるのが非常に望ましい。
【０００４】
成形非球面レンズは、このレンズが低コストで好性能であることにより、民生用カメラ、カメラ付き携帯電話、及びＣＤプレーヤーで通常用いられる。これらはまた、レーザダイオードコリメーション、並びに光ファイバーを出入する光の結合に通常用いられる。非球面レンズを作るためのガラス質量体の成形において、一組の金属又はセラミック成形型が用いられる。このプロセスでは、複数のヒータを用いてガラス質量体が軟化されるまで成形型が加熱され、ガラス質量体の温度は最高６００℃まで達することができる。半導体処理チャンバと同様に、成形型は均一に加熱され、成形型の温度が綿密に制御されるのが望ましい。
【０００５】
種々の試みでは、従来技術のウェーハ又は成形レンズ等の基板の温度を制御するようになされてきた。半導体プロセスの１つの実施例では、不活性冷却ガス（ヘリウム又はアルゴン等）は、ウェーハの底部とウェーハを保持するＥＳＣの上部との間の単一の薄い空間内部に単一圧力で入れられる。ゾーン冷却すなわち均一温度制御の必要性に対処する別の従来技術の方法は、表面粗さを変更するか又はレリーフパターンをカットして、局所接触域を効果的に変化させることである。ゾーン冷却の必要性に対処する更に別の方法は、冷却ガスを用いて、その圧力を変更し熱輸送を増大させ微調整することである。
【０００６】
特許文献１では、接着材料を使用し、すなわち、接着材料の第１の層が金属プレート及びヒータを温度制御ベースの上面に結合し、接着材料の第２の層は金属プレートの上面に誘電体材料を結合することによって基板の温度を制御している。接着剤は、熱パターンを様々な外部プロセス条件下で維持することを可能にする物理的特性を有する。
【０００７】
半導体デバイス製造におけるウェーハの処理中及び同様のプロセスでの他の基板において、比較的均一な温度分布を基板に提供する加熱装置、並びに該加熱装置上に載置された基板の温度を制御するための方法の必要性が依然としてある。
【特許文献１】米国特許公報第２００６／０１４４５１６Ａ１号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、本発明は、プロセスチャンバ内の基板を支持し、基板の表面温度を調整するための装置であって、基板を支持するように適合された上面を有するベース支持体と、基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、基板内に配置され、支持されている基板に平行な平面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有する熱分解グラファイト（ＴＰＧ）材料の1つの層とを含み、基板の表面温度が、該基板の表面上の最低温度点と最高温度点との間の最大温度変化が１０℃に調整される装置に関する。
【０００９】
別の態様の本発明は、基板を支持するように適合された上面を有するベース支持体と、基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、基板内に配置され、支持されている基板に平行な面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有する熱分解グラファイト（ＴＰＧ）材料の1つの層とを含み、基板の表面温度が該基板の表面上の最低温度点と最高温度点との間の最大温度変化が１０℃に調整される装置上で該基板を処理することによって基板の表面温度を調整する方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書で用いられる類似の用語は、関連する基本機能の変化を生じることなく変えることができるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」などの１つ又は複数の用語が修飾する数値は、場合によっては特定された正確な数値に限定されない場合がある。
【００１１】
本明細書で用いられる「加熱装置」は、具体的に基板を加熱又は冷却することによって装置上で支持される基板の温度を調整する少なくとも１つの加熱及び／又は冷却素子を含む装置を意味する、「処理装置」、「ヒータ」、「静電チャック」、「チャック」、又は「プロセス装置」と同じ意味で用いることができる。
【００１２】
本明細書で用いられる用語「基板」は、本発明のプロセス装置によって支持／加熱されている半導体ウェーハ又はガラス成形型を意味する。本明細書で用いられる用語「シート」は、「層」と同義的に用いることができる。
【００１３】
本明細書で用いられる用語「回路」は、「電極」と同義的に用いることができ、用語「加熱素子」は、「加熱電極」、「電極」、「抵抗器」、「加熱抵抗器」、又は「ヒータ」と同義的に用いることができる。用語「回路」は、少なくとも１つのユニットが存在することを意味する単一又は複数形のいずれにも用いることができる。
【００１４】
本明細書で用いられるように、熱均一性又は比較的均一な温度とは、基板上の最高温度点と最低温度点との差が１０℃よりも小さいことを意味する。１つの実施形態では、熱均一性とは、基板温度が最高温度点と最低温度点との間の差が７℃よりも小さくなる状態で比較的均一であることを意味する。更に別の実施形態では、基板温度は、変動範囲が５℃よりも小さな範囲内に維持される。第４の実施形態では、基板温度は、２℃よりも小さな変動で均一に維持される。
【００１５】
半導体ウェーハ又はガラスレンズ等の基板を処理するためのプラズマチャンバにおいて、基板温度はプロセスに大きな影響を与える。処理中の基板温度を均一に調整するプロセス装置では、装置が基板の表面温度の時間的制御及び空間的制御を行えるのが望ましい。グラファイトは、熱を好ましい方向に配向する固有の能力を備えた異方性材料である。熱分解グラファイト（ＴＰＧ）は、かなりの大きさの微結晶からなる固有のグラファイト材料であり、この微結晶は互いに対して高度に位置合わせ又は配向され、秩序付けられた炭素層又は高度の好ましい微結晶配向性を有する。ＴＰＧは、「高配向性熱分解グラファイト」（「ＨＯＰＧ」）、又は圧縮アニール熱分解グラファイト（「ＣＡＰＧ」）と同義的に用いることができる。ＴＰＧは、極めて熱伝導性があり、１０００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな面内（ａ−ｂ方向）熱伝導率を有するが、面外（ｚ−方向）の熱伝導率は２０から３０Ｗ／ｍ−Ｋまでの範囲内にある。１つの実施形態では、ＴＰＧは、１，５００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな面内熱伝導率を有する。
【００１６】
加熱装置の種々の実施形態では、ＴＰＧの少なくとも１つの層は、基板の表面温度の空間制御を行い、加熱装置内の種々の構成要素の温度差を拡散させるためにヒータ内に埋め込まれ、例えば一様でない不完全な接触面を有する加熱素子に対してもターゲット基板の温度が比較的均一になるようにすることができる。動作中に、半導体ウェーハ基板又はガラス成形型は通常、少なくとも３００℃の温度まで加熱され、次いで室温まで冷却される。ＴＰＧの少なくとも１つの埋め込み層を有する加熱装置は、加熱／冷却素子と基板との間の効果的な熱伝導／冷却を可能にし、優れた熱均一性を有する。
【００１７】
１つの実施形態では、ＴＰＧ層は、０．００５ｍｍ以内の厚み変動（平行度）で約０．５ｍｍから１５ｍｍまでの範囲の厚さを有する。別の実施形態では、ＴＰＧ層は、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲内の厚さを有する。第３の実施形態では、ＴＰＧ層は、２ｍｍから８ｍｍまでの範囲内の厚さを有する。ＴＰＧ層は、単独で単一層として本発明のヒータ内に埋め込むことができ、又は金属基板を有するヒータ（図２及び図３Ａ−３Ｃ参照）の１つの実施形態では、ＴＰＧ層は、例えば、構造的金属シェル内に封入されたＴＰＧコア等の封入形態とすることができる。封入ＴＰＧは、米国オハイオ州のストロングズビルのＧＥ Ａｄｖａｎｃｅｄ ＣｅｒａｍｉｃｓからＴＣ１０５０（登録商標）封入ＴＰＧとして商業的に入手可能である。ＴＰＧは、隣接する単一シートとして、又は図５Ｂ及び図７Ｅに示す１つの実施形態では重なり／モザイク構成の複数のより小さなＴＰＧ片としてヒータ内に組み込むことができる。
【００１８】
１つの実施形態では、ＴＰＧは、下にある基板及びオーバーコートが接触する場合、これらを単に接着することによってヒータ内部に所定位置に保持され埋め込まれる。別の実施形態では、ＴＰＧ（純粋なＴＰＧシート形態で、又は金属ケーシング内の封入ＴＰＧコアとして、矩形、四角片等の小片サイズ、任意サイズ、又は「ストリップ」の形態の純粋熱分解グラファイトとして）、例えば、熱輸送係数を有するシリコン結合であるＡｒｍｃｏからのＣＥＲＡＭＢＯＮＤのような当該技術分野で公知の高温接着剤を用いて所定位置に接着される。
【００１９】
加熱装置の実施形態は、利用されている材料、構成要素の組立体、組立体の製造プロセスの説明、更に図の参照によっても以下の通り示される。
【００２０】
加熱装置の一般的な実施形態：
【００２１】
１つの実施形態では、加熱装置３３は、図１に示す通りであり、基板内に埋もれた電極１６（図示せず）を有する円盤状金属又はセラミック基板１２を含み、その上面１３は、例えば標準的な直径３００ｍｍを有するウェーハ又はガラス成形型Ｗなどの基板用の支持表面として機能する。１つの実施形態では、上面１３は、基板Ｗの温度制御を更に強化するために高度な平面度（表面変化０．０５ｍｍ以内）で作られる。加熱抵抗器に電気を供給するための電気端子１５は、基板１２の底面の中央、或いは１つの実施形態では基板１２の側面に取り付けることができる。
【００２２】
１つの実施形態では、上面１３は温度が比較的均一であり、すなわち上面の最高温度と最低温度との間の差が１０℃よりも小さい。第２の実施形態では、温度差は５℃よりも小さい。上面１３の温度均一性では、加熱されている基板Ｗの均一な温度に相当する。１つの実施形態では、基板Ｗは、５℃の最高温度変動、第２の実施形態では２℃の最高温度変動を有する。
【００２３】
加熱装置では、１つ又はそれ以上の電極を用いることができる。用途に応じて、電極は抵抗加熱素子、プラズマ発生電極、静電チャック電極、又は電子線電極として機能することができる。電極は、上部（ウェーハ基板の近く）又は底部（ウェーハ基板から離れて）に向かってヒータの基板内部に埋め込むことができる。底部位置は、ウェーハ基板に対して電極のパターンを拡散させ、熱分布を助けることができる。
【００２４】
１つの実施形態では、電極は、薄膜電極の形態であり、スクリーン印刷、スピンコーティング、プラズマ溶射、噴霧熱分解、反応性溶射堆積、ゾルゲル、燃焼トーチ、電気アーク、イオンメッキ、イオン注入、スパッタリング堆積、レーザアブレーション、蒸発、電気メッキ、及びレーザ表面合金化を含む当該技術分野で公知のプロセスによって形成される。１つの実施形態では、薄膜電極は、例えば、タングステン、モリブデン、レニウム及びプラチナ又はこれらの合金等の高融点を有する金属を含む。別の実施形態では、薄膜電極は、ハフニウム、ジルコニウム、セリウム、及びこれらの混合物の炭化物又は酸化物の少なくとも１つを含む。
【００２５】
別の実施形態では、電極層は、熱分解グラファイトの細長い連続ストリップの形態である。熱分解グラファイト（「ＰＧ」）は、最初に、化学蒸着のような当該技術分野で公知のプロセスを介して、例えば熱分解窒化ホウ素コーティンググラファイトベース等のヒータベース上に堆積される。次いでＰＧは、例えば、螺旋、蛇行、その他の所定のパターンに機械加工される。加熱ゾーンの電気パターンすなわち電気的に絶縁された抵抗加熱経路の形成は、限定ではないが、マイクロ機械加工、マイクロブレーディング、レーザ切断、化学エッチング、又は電子ビームエッチングを含む当該技術分野で公知の技術によって行うことができる。
【００２６】
金属ヒータ：
ヒータの実施形態は、図２に示すように従来技術のヒータの種々の実施形態を最初に参照することによって説明することができる。図２では、従来技術のヒータ３３は、例えば、Ａ６０６１のような銅又はアルミニウム合金等の高温材料で作られた金属基板１０００を含む。電極４００１は、金属基板１０００内に埋め込まれている。１つの実施形態の電極は、Ｃａｌｒｏｄ（登録商標）加熱素子として商業的に入手可能な熱伝導性セラミック絶縁体で囲まれた電線を含む。１つの実施形態では、Ｃａｌｒｏｄ（登録商標）加熱素子は、ヒータの上面全体にわたって調整された熱分布を提供するために不均一な蛇行パターンを有する。
【００２７】
図２に示す従来技術の典型的な実施形態では、埋め込み加熱素子４００１によって発生した温度は、均一に分布されず、すなわちＴ１−Ｔ２は、実質的に５０℃又はそれ以上の差がある可能性がある。結果として、例えば、Ｔ１’及びＴ２’等のヒータの上部側の温度は、一般に２０℃以上となる可能性のある温度差を有し、いずれも均一には分布されないことになる。続いて、基板Ｗ上の温度分布は、１０℃を超える可能性がある２つの温度端点間の温度差を有し、均一に分布されないことになる。不均一ウェーハ温度（例えば、Ｔ１”−Ｔ２”＞１０℃）は、これが半導体デバイス製造における収率損失を生じる可能性があるので、半導体プロセスの観点から望ましくない。
【００２８】
図３Ａ−３Ｃに示す金属ヒータの実施形態では、少なくとも１つのＴＰＧヒートスプレッダ６００は、金属基板１０００内に埋め込まれ、基板Ｗ全体にわたって比較的均一な温度で空間的に分布し、基板Ｗに対し熱除去及び／又は分布を調整する。１つの実施形態では、ヒートスプレッダ６００は、構造的金属シェル内部に封入されたＴＰＧのコアを含む。
【００２９】
図３Ａは、熱伝導性セラミック絶縁体（図示せず）によって囲まれ、金属基板１０００内に埋め込まれた電線の形態で、電極４００１を有する金属ヒータの１つの実施形態を示す。図３Ｂは、金属基板と、金属ベース基板１８上に電気的に絶縁されて形成された５μｍから１０００μｍの範囲の厚さを有する薄膜電極４００１とを備えたヒータの別の実施形態を示す。図３Ｃは、金属基板を備えたヒータ３３の更に別の実施形態を示す。金属基板１は、銅又はアルミニウム合金を含み、複数の水冷却通路２及び電気加熱コイル３を収容する。金属基板１の上面は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）を含む２つの誘電体層５と７間に挟まれた導電性電極層６を含む。ＴＰＧ層４が、ヒータ３、冷却器２、及び上面の間に重ね合わせられる。
【００３０】
ＴＰＧ層は、その異方性熱伝導性により、ヒータ３３（図示せず）上に置かれたウェーハに対して熱伝導性を強化し、温度分布を調整する。ヒータ組立体の外側は、更に熱均一性を強化するためにアルミニウムなどの熱絶縁材料の環状リング８を備える。
セラミックコアヒータ：
セラミックコアを有するヒータの実施形態は、図４に示すように従来技術のセラミックコアヒータを最初に参照することによって説明することができる。セラミックコアヒータでは、ベース基板１０は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属、及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物のグループから選択された電気絶縁金属（例えば、焼結基板）を含む。ベース基板１０は、高耐摩耗性及び高耐熱特性を有する特徴がある。１つの実施形態では、ベース基板１０は、９９．７％を超える純度のＡＩＮ、並びにＹ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、及びこれらの組合せから選択された焼結剤を含む。
【００３１】
ベース基板１０は、電気的に絶縁しているオーバーコート層３０でコーティングされる。１つの実施形態では、層３０とベース基板１０との間の接着を強化するのに役立つ任意選択の結合層（図示せず）がある。導電性材料の実施例は、グラファイト；Ｗ及びＭｏ等の耐熱性金属、遷移金属、希土類金属及び合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物、並びにこれらの混合物を含む。
【００３２】
オーバーコート層３０に関して、層３０は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物；アルミニウムの酸化物、酸窒化物；及びこれらの組合せ；ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３のＮＺＰ構造を有する高熱安定化リン酸ジルコニウム；２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物；ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス；並びにＳｉＯ２とＹ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ又は同様のものの酸化物を含むプラズマ抵抗材料との混合物、或いはこれらの金属のうちの１つのフッ化物、もしくはイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）；及びこれらの組合せの少なくとも１つを含む。
【００３３】
任意選択の結合層に関して、該結合層は、Ａｌと、Ｓｉと、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏを含む耐熱性金属と、チタニウム、クロミウム、鉄を含む遷移金属と、これらの混合物とから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、酸窒化物の少なくとも１つを含む。実施例は、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＭｏＣ、及びこれらの混合物を含む。
【００３４】
最適化回路設計を有する導電電極４１は、セラミック基板１０内上に形成される。電極４１は、タングステン、モリブデン、レニウム及びプラチナ又はこれらの合金；周期律表のＩＶａ、Ｖａ及びＶＩａ族に属する金属の炭化物及び窒化物；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの炭化物又は酸化物、並びにこれらの組合せのグループから選択された材料を含む。１つの実施形態では、電極４１は、基板１０（又は基板１０のコーティング層３０）のＣＴＥに密接に適合するＣＴＥを有する材料を含む。ＣＴＥに密接に適合することによって、第２の材料のＣＴＥは、０．７５から１．２５までの範囲のＣＴＥを有する１つの材料であることを意味する。
【００３５】
従来技術のヒータ内の基板Ｗ上の温度分布は、例えば、Ｔ１”−Ｔ２”＞１０℃のように通常は均一には分布されない。図５Ａから図５Ｅに示すセラミックコアを有するヒータの種々の実施形態では、埋め込みＴＰＧヒートスプレッダ６００は、比較的均一な温度分布を備えた基板Ｗ全体にわたって比較的均一な温度で空間的に分布し、基板Ｗに対して熱除去及び／又は分布を調整し、１つの実施形態では１０℃よりも小さく、別の実施形態では５℃よりも小さいＴ１”−Ｔ２”を有する。
【００３６】
図５Ａに示す１つの実施形態では、少なくとも１つのＴＰＧ層６００は、最終の焼結プロセス前に素地の２層（又はスラブ）間に挿入される。別の実施形態では、ＴＰＧ層は、ホットプレスの前に、例えばＡＩＮ等のセラミック材料に挿入される。更に別の実施形態では、ＴＰＧ層（純粋ＴＰＧ又は封入ＴＰＧの形態で）は、これに限定されないが、スリップキャストを含む当該技術分野で公知のプロセスを介してセラミック基板内に埋め込まれる。ＴＰＧが埋め込まれた後、電極４１はセラミック基板１０上にパターン形成され、続いて、ベース基板及び電極４１が、電気絶縁層３０でオーバーコートされる。
【００３７】
図５Ｂに示すヒータの別の実施形態では、ＴＰＧの２つの層は、セラミック基板内で用いられる。図示のように、セラミック材料層間の接着を促進するためにＴＰＧ層を突き抜ける孔がある。またこの孔は、良好な温度分布及び調整のために互いにオフセットして位置付けることができる。
【００３８】
図５Ｃでは、ＴＰＧ層は、上記の実施形態のようにはセラミック基板１０内に埋め込まれていない。この実施形態では、ＴＰＧ層は、オーバーコート３０を施工する前にセラミック基板１０（電極４１の反対側）の上部に配置される。別の実施形態では、ＴＰＧ層６００は、オーバーコート３０が施工される前に最初にセラミック基板１０に堅固に接着される。
【００３９】
図５Ｄでは、ヒータ３３が提供され、ＴＰＧ層６００は、セラミックコーティング層又は結合層（図示せず）で最初にコーティングされた後、焼結によってセラミック基板１０内に埋め込まれる。１つの実施形態では、ＴＰＧ層６００用のコーティングは、Ａｌと、Ｓｉと、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏを含む耐熱性金属と、チタニウム、クロミウム、鉄を含む遷移金属と、並びにこれらの混合物とから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、酸窒化物の少なくとも１つを含む。
【００４０】
図５Ｅは、ヒータが更に静電チャックとしても機能する実施形態を示す。この実施形態では、層７０及び層７２は、例えば、アルミナ又はダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）等の同じ又は異なる誘電体材料を含む。層７１は、例えば、金属化膜のような導電層のチャック電極である。層は、当該技術分野で公知の高温接着を用いて互いに及び基板１０に結合される。少なくとも１つのＴＰＧ層（ＴＰＧシート又は封入ＴＰＧコアとして）６００は、当該技術分野で公知のセラミック製造法を用いてセラミックコア１０内にパターン形成されて埋め込まれる。
【００４１】
図５Ｆでは、熱分解グラファイト層６００は、当該技術分野で公知のセラミック製造法を用いてセラミックコア１０内にパターン形成され埋め込まれるが、この実施形態ではＴＰＧ層６００は更に、連続電極及び熱スプレッダとして機能する。ＴＰＧはまた、抵抗率０．５×１０−３ｏｈｍ−ｃｍを有する導電性であり、このＴＰＧは、基板温度を調整することができるような場合には、加熱素子として機能する。更に、ＴＰＧの高温伝導性は、発生した熱をより均一に分布させるのに役立ち、従って、望ましい熱均一性を達成する助けとなる。
【００４２】
図５Ｇでは、ＴＰＧ層は、セラミック基板内に埋め込まれ、外部電源又はグランドに電気的に接続される。高温伝導平面としての機能の他に、この構成のＴＰＧ層はまた、ウェーハプロセス装置内のプラズマを強化するためのＲＦ電極として使用され、或いはＲＦ電磁界と加熱素子との間の電気的干渉を排除するためのＲＦシールドとして用いることができる。
【００４３】
図５Ｈは、サセプタ２０がヒータ３３の上部に載置される実施形態を示す。ＴＰＧ層６００は、サセプタ２０内に封入され、例えば、金属、セラミック、グラファイト、ポリマー材料又はこれらの組合せのサセプタを作るための当該技術分野で公知の材料を含む。ＴＰＧの高熱伝導性の方向は、ＴＰＧ層６００の平面内にある。１つの実施形態では、サセプタ２０はアルミニウムを含む。別の実施形態では、サセプタ２０は、ＴＰＧ層６００が封入される陽極酸化アルミニウムを含む。
【００４４】
図５Ｉの実施形態では、複数のより小さなＴＰＧ片又はストリップが垂直方向に重なり合う構成で用いられ、「ストリップ」を形成する。１つの実施形態では、ＴＰＧストリップ６００Ａのアレイは、ＴＰＧストリップの縦方向が実質的に互いに平行である１つの平面内のヒータに埋め込まれている。別のＴＰＧストリップ６００Ｂのアレイは、第１の平面６００Ａよりも低い別の平面内に埋め込まれ、ストリップ６００Ｂの縦方向は第１の平面内のＴＰＧストリップ６００Ａの縦方向に実質的に垂直である。両平面において、ＴＰＧの高熱伝導性方向は、ＴＰＧストリップの同じ平面内にある。図５Ｊは、図５Ｉの重なり構成の平面図である。
【００４５】
グラファイトコアヒータ：
グラファイトコア基板１００を有する従来技術のグラファイトコアヒータ３３の実施形態について図６を参照する。グラファイトは、用途に応じてコア１００として示されるが、グラファイト；Ｗ及びＭｏ等の耐熱性金属、遷移金属、希土類金属及び合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物、並びにこれらの混合物を非限定的に含む他の導電性材料を用いてもよい。コア１００は、電気的に絶縁しているオーバーコート層２００と、任意選択的にオーバーコート層２００とベース基板コア１００との間の接着を強化するのに役立つ結合層（図示せず）とでコーティングされる。オーバーコート層２００に関して、オーバーコート層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物；アルミニウムの酸化物；及びこれらの組合せの少なくとも１つを含む。実施例は、熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）である。任意選択の結合層に関して、結合層は、Ａｌと、Ｓｉと、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏを含む耐熱性金属と、チタニウム、クロミウム、鉄を含む遷移金属と、並びにこれらの混合物とから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、酸窒化物の少なくとも１つを含む。
【００４６】
電極４０１は、５μｍから１０００μｍの範囲の厚さを有する薄膜電極１６を含み、当該技術分野で公知のプロセスによって電気絶縁層２００上に形成される。１つの実施形態では、薄膜電極４０１は、例えば、タングステン、モリブデン、レニウム及びプラチナ又はこれらの合金等の高融点を有する金属を含む。別の実施形態では、薄膜電極４０１は、ハフニウム、ジルコニウム、セリウム、及びこれらの混合物の炭化物又は酸化物の少なくとも１つを含む。１つの実施例では、１８μｍの膜厚を有する電解銅箔が電極４０１として用いられる。ヒータ３３は、エッチング抵抗保護コーティング膜３００で更にコーティングされ、該コーティング膜は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属、及びこれらの組合せからなるグループから選択された原子の少なくとも窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物を含み、２５℃から１０００℃の温度範囲で２．０×１０−６／Ｋから１０×１０−６／Ｋの範囲のＣＴＥを有する。別の実施形態では、層３００は、高熱安定化リン酸ジルコニウムを含む。第３の実施形態では、層３００は、元素の周期律表の２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物を含む。好適なガラスセラミック組成物の実施例は、ランサナムアルミノシリケート（ＬＡＳ）、マグネシウムアルミノシリケート（ＭＡＳ）、カルシウムアルミノシリケート（ＣＡＳ）、及びイットリウムアルミノシリケート（ＹＡＳ）を含む。保護コーティング層３００の厚さは、１μｍから数百μｍまで変化する、例えば、ＣＶＤ、イオンメッキ、ＥＴＰ、その他を用いた用途及びプロセスに応じて変わる。
【００４７】
図６に示す従来技術のヒータの変形形態として、グラファイトコアを有するヒータの種々の実施形態では、ヒータは、少なくとも１つの埋め込みＴＰＧヒートスプレッダ６００を用いて、比較的均一な温度分布の基板Ｗ全体にわたって温度を分布及び／又は調整し、１つの実施形態では１０℃よりも小さく、別の実施形態では５℃よりも小さなＴ１”−Ｔ２”を有する。ヒータ３３の種々の実施形態は、図７Ａ−図７Ａに示される。
【００４８】
図７Ａは、ＴＰＧヒートスプレッダ６００がベースコーティング２００とオーバーコート層３００との間のヒータ内に埋め込まれたヒータ３３を示す。１つの実施形態におけるＴＰＧ層６００は、オーバーコート及びベースコートが接触する場合、これらを単に接着することによって所定位置に保持される。１つの実施形態では、ＴＰＧ層６００は、オーバーコート及びベースコート層が連結し接着することができる選択位置で、複数のスルーホールを組み込む。別の実施形態では、ＴＰＧ層６００は、例えばＡｒｍｃｏからのＣｅｒａｍａｂｏｎｄ（登録商標）接着剤のような高温適合接着剤で所定位置に接着される。
【００４９】
図７Ｂでは、ＴＰＧヒートスプレッダ６００は、グラファイト基板１００とベースコーティング層２００（基板Ｗに近い上部側）との間のヒータ内に埋め込まれている。ＴＰＧ６００は、単に、ベースコート及び基板が接触する場合にこれらを接着することによって、又はベースコートに幾つかのスルーホールを組み込み、基板１００に連結させて更に接着することによって、或いは高温接着剤を使用することによって所定位置に保持することができる。更に別の実施形態では、熱分解グラファイトは、グラファイト基板１００上に堆積され、続いて熱アニールプロセスに送られ、グラファイト基板１００に直接接着されるＴＰＧ層を形成する。
【００５０】
図７Ｃは、図７Ｂのヒータ３３の変形形態であり、の位置が変更され、該ＴＰＧヒートスプレッダ６００は、グラファイト基板１００とベースコーティング２００との間のグラファイト基板１００の底部でヒータ内に埋め込まれている。
【００５１】
図７Ｄでは、少なくとも２つのＴＰＧヒートスプレッダ６００が使用され、ヒートスプレッダ６００はグラファイト基板１００とベースコーティング層２００との間のヒータの上部及び底部の両方に埋め込まれている。
【００５２】
図７Ｅは、複数のＴＰＧヒートスプレッダ６００がヒータ３３の上部で用いられ／埋め込まれているヒータ３３の実施形態を示す。１つの実施形態では、複数のスルーホールがＴＰＧ層６００に設けられ、グラファイト基板、ベースコーティング２００、及びオーバーコート３００の間の接着を向上させる。別の実施形態では、より小さなＴＰＧ片が使用され、重なり合う層状のモザイク構成を形成し、孔及び境界の殆どは互いにオフセットされている。
【００５３】
図示の実施形態では、電極は、最適な熱設計のためにヒータ３３の底部（又は底部近く）に位置付けられている。しかしながら、ヒータ３３の上部（支持ウェーハの近く）にパターン形成された電極を有し、基板上に均一な温度分布を備えたヒータに関する他の実施形態が予期される（図示していないが）。別の実施形態（図示せず）では、ＴＰＧ層は、ウェーハ基板Ｗとヒータ３３の上部に位置するパターン電極との間に位置決めされる。更に別の実施形態（図示せず）では、ＴＰＧ層は、効率を改善するためにヒータ型の下に配置されて依然としてほぼ同程度の効果があり、ＴＰＧ層のｃ方向のヒータ分布が熱流量に対する障壁になっている。
【００５４】
本発明のヒータは、ガラス成形型の加工用のプラズマエッチングチャンバを含む幾つかの異なるプロセス、或いは、限定ではないが、原子層エピタキシー（ＡＬＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、及びプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を含む半導体加工チャンバで用いることができる。
本発明は、以下の非限定的な実施例によって更に例証される。
【実施例】
【００５５】
実施例では、計算流体力学（ＣＦＤ）計算は、ヒータ組立体をモデル化するのに実行される。図８Ａ及び図８Ｂは、従来技術のヒータと少なくとも１つの埋め込みＴＰＧ層を有するヒータの実施形態との性能を比較するために構築されたモデルの概略図である。モデルは、軸対称２−Ｄモデルである。
【００５６】
従来技術のヒータのモデルでは、焼結ＡＩＮは、１６０Ｗ／ｍ−Ｋの等方性熱伝導率を有するセラミックコアに用いられる。本発明のヒータの実施形態のモデルでは、ＴＰＧ層は、焼結ＡＩＮセラミックコア内に埋め込まれている。ＴＰＧ層は、水平面で１５００Ｗ／ｍ−Ｋ及び垂直面で２０Ｗ／ｍ−Ｋの異方性熱伝導率を有する。ＴＰＧとＡＩＮとの間の完全な接触は、計算で推測される。ＴＰＧの厚さ（ｔｈ）は変化し、同様にｔｈ ＴＰＧが載置される上面からの距離（ｄ）も変化する。
【００５７】
モデルでは、単一ウェーハは、様々な入力レベルで加熱される。電力は、基板／電極系の底部の電極に入力され、温度は位置の関数として構造体の上部側で求められる。このデータから、最高温度及び最低温度の差が計算される。図示のように、表面は（想定放射率０．４で）、０℃の背景温度で自由空間に放射する。ウェーハ表面上の温度均一性は、ウェーハ表面全体にわたって載置された熱電対によって測定される最高温度と最低温度との差として定義される。有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）プロセスの場合には、均一性は厳しい要件である。従って、温度均一性のあらゆる摂氏温度変動が堆積プロセスに影響する。コンピュータモデルの結果は、図９−１２に示される。
【００５８】
図９は、１０、２００、及び１０００Ｗの電力を電極内に入力した従来技術のヒータのウェーハ温度のプロファイルである。ウェーハ構造体の上部側の温度分布がモデル化される。
【００５９】
図１０−１２は、本発明のヒータの種々の実施形態のプロファイルである。図１０は、ＡＩＮコア基板内に埋め込まれた１ｍｍ厚さのＴＰＧ層が使用されるヒータの温度プロファイルを示す。ＴＰＧ層は、上部から２．５ｍｍの位置に配置されるが、温度分布がＴＰＧ層の位置に対して比較的敏感であることを示している。
【００６０】
図１１では、かなり厚い３ｍｍ厚さのＴＰＧが１つの実施形態のＡＩＮコアヒータ内に埋め込まれ、１０，２００又は１０００Ｗ電力が電極内に入力される。結果、特に低電力入力で温度均一性の著しい向上を示している。この場合も同様に、このモデルの結果は、温度分布がＴＰＧ層の位置に対して比較的敏感であることを示している。
【００６１】
図１２では、ヒータの上部から（ウェーハから離れた）２．５ｍｍに埋め込まれた６ｍｍ厚さのＴＰＧ層を有する構造体の上部側に著しく均一な温度分布を示している。Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎは、電力入力レベルに応じて０．０３℃から７．７℃まで変化する。図示のように、各電力レベルに対して、ＴＰＧ厚さは、ウェーハ基板全体にわたる最高温度均一性、すなわち１つの実施形態では５℃よりも小さなＴｍａｘ−Ｔｍｉｎから、幾つかの用途では２℃よりも小さなＴｍａｘ−Ｔｍｉｎまで可能にするように最適化することができる。
【００６２】
本明細書は、実施例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示し、同様にあらゆる当業者が本発明を実施し利用できるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】加熱装置の１つの実施形態を示す斜視図。
【図２】従来技術の金属ヒータの実施形態の断面図。
【図３】金属ベース基板を含むヒータの実施形態の断面図。
【図４】セラミックコアを有するヒータのための従来技術のヒータの実施形態の断面図。
【図５Ａ】Ａ−Ｃは、基板用のセラミックコアを含むヒータの実施形態の断面図。
【図５Ｄ】Ｄ−Ｅは、基板用のセラミックコアを含むヒータの実施形態の断面図。Ｆ−Ｇは、電極として熱分解グラファイト層を含むヒータの実施形態の断面図。
【図５Ｈ】Ｈは、熱分解層がサセプタ内に封入されるヒータの実施形態の断面図。Ｉは、熱分解グラファイト層が垂直方向に重なり合う構成で用いられるヒータの実施形態の断面図。Ｊは、Ｉの実施形態の平面図。
【図６】グラファイトコアを有するヒータの従来技術のヒータの実施形態の断面図。
【図７Ａ】グラファイトコアを含むヒータの実施形態の断面図。
【図７Ｅ】グラファイトコアを含むヒータの実施形態の断面図。
【図８】Ａは、従来技術（ＡＩＮ基板を有する図８Ａ）のヒータを用いる熱モジュール概略図。モジュールは、半導体プロセス動作中のウェーハ基板の表面温度を調べるために計算流体力学（ＣＦＤ）計算を利用する。Ｂは、本発明のヒータの実施形態（ＡＩＮ基板内に埋め込まれたＴＰＧ層）の概略図。
【図９】ＡＩＮ基板を有する従来技術のヒータ内の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【図１０】ＡＩＮ基板内の厚さ１ｍｍ、３ｍｍ、及び６ｍｍの埋め込みＴＰＧ層を有する、本発明のヒータ実施形態の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【図１１】ＡＩＮ基板内の厚さ１ｍｍ、３ｍｍ、及び６ｍｍの埋め込みＴＰＧ層を有する、本発明のヒータ実施形態の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【図１２】ＡＩＮ基板内の厚さ１ｍｍ、３ｍｍ、及び６ｍｍの埋め込みＴＰＧ層を有する、本発明のヒータ実施形態の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６４】
１、１０、１２、１８、１００、１０００ … 基板
２ … 冷却器
３ … ヒータ
４ … ＴＰＧ層
５、７ … 誘電体層
６、１６、４１、４００１ 電極
８ … 環状リング
１３ … 上面
１５ … 電気端子
２０ … サセプタ
３０ … 層
３３ … 加熱装置、ヒータ
２００ … コーティング
３００ … コーティング膜
６００ … ヒートスプレッダ
６００Ａ、６００Ｂ … ＴＰＧストリップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全体的に半導体処理チャンバ内の基板に比較的均一な温度分布をもたらし、或いはプレス形成ガラスレンズ用の金属金型又はセラミック成形型を加熱するための加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの半導体プロセスは通常、真空環境、すなわち内部に配置されるウェーハ基板を支持する組立体を含む密閉チャンバ内で実施される。半導体プロセスでは、加熱装置は通常、支持体を加熱するために加熱装置内に配置された電極を有することができ、更にセラミック支持体すなわち静電チャック又はＥＳＣ（サセプタとも呼ばれる）に対してウェーハ又は基板を静電気的に保持する電極を有することができるセラミック支持体を含む。堆積、エッチング、注入、酸化、その他を含む半導体デバイス製造プロセスは、チャンバ内で行うことができる。堆積プロセスの実施例として、スパッタ堆積として知られる物理的蒸着（ＰＶＤ）プロセスを想起することができ、ここでは、一般にウェーハ基板上に堆積されることになる材料からなるターゲットが基板上に支持され、通常はチャンバの上部に固定される。プラズマは、基板とターゲットとの間に供給されたアルゴンなどの気体から形成される。ターゲットは、プラズマ内部のイオンをターゲットに向かって加速させるようにバイアスされている。プラズマイオンはターゲット材料と相互作用して、材料の原子をスパッタリングで取り出し、チャンバを通ってウェーハに進み、集積回路（ＩＣ）に処理されている半導体ウェーハの表面上に再堆積する。他の堆積プロセスは、限定ではないが、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）、減圧化学蒸着（ＳＡＣＶＤ）、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線蒸着（ＭＢＥ）、その他を含むことができる。
【０００３】
上述のプロセスの幾つかにおいて、支持体を加熱することによりウェーハを加熱するのが望ましい。堆積、エッチング、注入、その他が行われている材料の化学反応速度は、ウェーハの温度によってある程度制御される。ウェーハの表面全体にわたる堆積、エッチング、注入、その他における望ましくない不均一は、ウェーハ域全体にわたってウェーハの温度が過度に変化する場合に容易に生じる可能性がある。殆どの場合には、ウェーハ上の種々の位置で製造されている他のＩＣが、望ましいものを上回る規準から逸脱した電子的特徴を有することになるので、堆積、エッチング、注入はほぼ完全な程度に均一であるのが非常に望ましい。
【０００４】
成形非球面レンズは、このレンズが低コストで好性能であることにより、民生用カメラ、カメラ付き携帯電話、及びＣＤプレーヤーで通常用いられる。これらはまた、レーザダイオードコリメーション、並びに光ファイバーを出入する光の結合に通常用いられる。非球面レンズを作るためのガラス質量体の成形において、一組の金属又はセラミック成形型が用いられる。このプロセスでは、複数のヒータを用いてガラス質量体が軟化されるまで成形型が加熱され、ガラス質量体の温度は最高６００℃まで達することができる。半導体処理チャンバと同様に、成形型は均一に加熱され、成形型の温度が綿密に制御されるのが望ましい。
【０００５】
種々の試みでは、従来技術のウェーハ又は成形レンズ等の基板の温度を制御するようになされてきた。半導体プロセスの１つの実施例では、不活性冷却ガス（ヘリウム又はアルゴン等）は、ウェーハの底部とウェーハを保持するＥＳＣの上部との間の単一の薄い空間内部に単一圧力で入れられる。ゾーン冷却すなわち均一温度制御の必要性に対処する別の従来技術の方法は、表面粗さを変更するか又はレリーフパターンをカットして、局所接触域を効果的に変化させることである。ゾーン冷却の必要性に対処する更に別の方法は、冷却ガスを用いて、その圧力を変更し熱輸送を増大させ微調整することである。
【０００６】
特許文献１では、接着材料を使用し、すなわち、接着材料の第１の層が金属プレート及びヒータを温度制御ベースの上面に結合し、接着材料の第２の層は金属プレートの上面に誘電体材料を結合することによって基板の温度を制御している。接着剤は、熱パターンを様々な外部プロセス条件下で維持することを可能にする物理的特性を有する。
【０００７】
半導体デバイス製造におけるウェーハの処理中及び同様のプロセスでの他の基板において、比較的均一な温度分布を基板に提供する加熱装置、並びに該加熱装置上に載置された基板の温度を制御するための方法の必要性が依然としてある。
【特許文献１】米国特許公報第２００６／０１４４５１６Ａ１号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの態様では、本発明は、プロセスチャンバ内の基板を支持し、基板の表面温度を調整するための装置であって、基板を支持するように適合された上面を有するベース支持体と、基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、基板内に配置され、支持されている基板に平行な平面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有する熱分解グラファイト（ＴＰＧ）材料の1つの層とを含み、基板の表面温度が、該基板の表面上の最低温度点と最高温度点との間の最大温度変化が１０℃に調整される装置に関する。
【０００９】
別の態様の本発明は、基板を支持するように適合された上面を有するベース支持体と、基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、基板内に配置され、支持されている基板に平行な面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有する熱分解グラファイト（ＴＰＧ）材料の1つの層とを含み、基板の表面温度が該基板の表面上の最低温度点と最高温度点との間の最大温度変化が１０℃に調整される装置上で該基板を処理することによって基板の表面温度を調整する方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書で用いられる類似の用語は、関連する基本機能の変化を生じることなく変えることができるあらゆる定量的表現を修飾するのに適用することができる。従って、「約」及び「実質的に」などの１つ又は複数の用語が修飾する数値は、場合によっては特定された正確な数値に限定されない場合がある。
【００１１】
本明細書で用いられる「加熱装置」は、具体的に基板を加熱又は冷却することによって装置上で支持される基板の温度を調整する少なくとも１つの加熱及び／又は冷却素子を含む装置を意味する、「処理装置」、「ヒータ」、「静電チャック」、「チャック」、又は「プロセス装置」と同じ意味で用いることができる。
【００１２】
本明細書で用いられる用語「基板」は、本発明のプロセス装置によって支持／加熱されている半導体ウェーハ又はガラス成形型を意味する。本明細書で用いられる用語「シート」は、「層」と同義的に用いることができる。
【００１３】
本明細書で用いられる用語「回路」は、「電極」と同義的に用いることができ、用語「加熱素子」は、「加熱電極」、「電極」、「抵抗器」、「加熱抵抗器」、又は「ヒータ」と同義的に用いることができる。用語「回路」は、少なくとも１つのユニットが存在することを意味する単一又は複数形のいずれにも用いることができる。
【００１４】
本明細書で用いられるように、熱均一性又は比較的均一な温度とは、基板上の最高温度点と最低温度点との差が１０℃よりも小さいことを意味する。１つの実施形態では、熱均一性とは、基板温度が最高温度点と最低温度点との間の差が７℃よりも小さくなる状態で比較的均一であることを意味する。更に別の実施形態では、基板温度は、変動範囲が５℃よりも小さな範囲内に維持される。第４の実施形態では、基板温度は、２℃よりも小さな変動で均一に維持される。
【００１５】
半導体ウェーハ又はガラスレンズ等の基板を処理するためのプラズマチャンバにおいて、基板温度はプロセスに大きな影響を与える。処理中の基板温度を均一に調整するプロセス装置では、装置が基板の表面温度の時間的制御及び空間的制御を行えるのが望ましい。グラファイトは、熱を好ましい方向に配向する固有の能力を備えた異方性材料である。熱分解グラファイト（ＴＰＧ）は、かなりの大きさの微結晶からなる固有のグラファイト材料であり、この微結晶は互いに対して高度に位置合わせ又は配向され、秩序付けられた炭素層又は高度の好ましい微結晶配向性を有する。ＴＰＧは、「高配向性熱分解グラファイト」（「ＨＯＰＧ」）、又は圧縮アニール熱分解グラファイト（「ＣＡＰＧ」）と同義的に用いることができる。ＴＰＧは、極めて熱伝導性があり、１０００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな面内（ａ−ｂ方向）熱伝導率を有するが、面外（ｚ−方向）の熱伝導率は２０から３０Ｗ／ｍ−Ｋまでの範囲内にある。１つの実施形態では、ＴＰＧは、１，５００Ｗ／ｍ−Ｋよりも大きな面内熱伝導率を有する。
【００１６】
加熱装置の種々の実施形態では、ＴＰＧの少なくとも１つの層は、基板の表面温度の空間制御を行い、加熱装置内の種々の構成要素の温度差を拡散させるためにヒータ内に埋め込まれ、例えば一様でない不完全な接触面を有する加熱素子に対してもターゲット基板の温度が比較的均一になるようにすることができる。動作中に、半導体ウェーハ基板又はガラス成形型は通常、少なくとも３００℃の温度まで加熱され、次いで室温まで冷却される。ＴＰＧの少なくとも１つの埋め込み層を有する加熱装置は、加熱／冷却素子と基板との間の効果的な熱伝導／冷却を可能にし、優れた熱均一性を有する。
【００１７】
１つの実施形態では、ＴＰＧ層は、０．００５ｍｍ以内の厚み変動（平行度）で約０．５ｍｍから１５ｍｍまでの範囲の厚さを有する。別の実施形態では、ＴＰＧ層は、１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲内の厚さを有する。第３の実施形態では、ＴＰＧ層は、２ｍｍから８ｍｍまでの範囲内の厚さを有する。ＴＰＧ層は、単独で単一層として本発明のヒータ内に埋め込むことができ、又は金属基板を有するヒータ（図２及び図３Ａ−３Ｃ参照）の１つの実施形態では、ＴＰＧ層は、例えば、構造的金属シェル内に封入されたＴＰＧコア等の封入形態とすることができる。封入ＴＰＧは、米国オハイオ州のストロングズビルのＧＥ Ａｄｖａｎｃｅｄ ＣｅｒａｍｉｃｓからＴＣ１０５０（登録商標）封入ＴＰＧとして商業的に入手可能である。ＴＰＧは、隣接する単一シートとして、又は図５Ｂ及び図７Ｅに示す１つの実施形態では重なり／モザイク構成の複数のより小さなＴＰＧ片としてヒータ内に組み込むことができる。
【００１８】
１つの実施形態では、ＴＰＧは、下にある基板及びオーバーコートが接触する場合、これらを単に接着することによってヒータ内部に所定位置に保持され埋め込まれる。別の実施形態では、ＴＰＧ（純粋なＴＰＧシート形態で、又は金属ケーシング内の封入ＴＰＧコアとして、矩形、四角片等の小片サイズ、任意サイズ、又は「ストリップ」の形態の純粋熱分解グラファイトとして）、例えば、熱輸送係数を有するシリコン結合であるＡｒｍｃｏからのＣＥＲＡＭＢＯＮＤのような当該技術分野で公知の高温接着剤を用いて所定位置に接着される。
【００１９】
加熱装置の実施形態は、利用されている材料、構成要素の組立体、組立体の製造プロセスの説明、更に図の参照によっても以下の通り示される。
【００２０】
加熱装置の一般的な実施形態：
【００２１】
１つの実施形態では、加熱装置３３は、図１に示す通りであり、基板内に埋もれた電極１６（図示せず）を有する円盤状金属又はセラミック基板１２を含み、その上面１３は、例えば標準的な直径３００ｍｍを有するウェーハ又はガラス成形型Ｗなどの基板用の支持表面として機能する。１つの実施形態では、上面１３は、基板Ｗの温度制御を更に強化するために高度な平面度（表面変化０．０５ｍｍ以内）で作られる。加熱抵抗器に電気を供給するための電気端子１５は、基板１２の底面の中央、或いは１つの実施形態では基板１２の側面に取り付けることができる。
【００２２】
１つの実施形態では、上面１３は温度が比較的均一であり、すなわち上面の最高温度と最低温度との間の差が１０℃よりも小さい。第２の実施形態では、温度差は５℃よりも小さい。上面１３の温度均一性では、加熱されている基板Ｗの均一な温度に相当する。１つの実施形態では、基板Ｗは、５℃の最高温度変動、第２の実施形態では２℃の最高温度変動を有する。
【００２３】
加熱装置では、１つ又はそれ以上の電極を用いることができる。用途に応じて、電極は抵抗加熱素子、プラズマ発生電極、静電チャック電極、又は電子線電極として機能することができる。電極は、上部（ウェーハ基板の近く）又は底部（ウェーハ基板から離れて）に向かってヒータの基板内部に埋め込むことができる。底部位置は、ウェーハ基板に対して電極のパターンを拡散させ、熱分布を助けることができる。
【００２４】
１つの実施形態では、電極は、薄膜電極の形態であり、スクリーン印刷、スピンコーティング、プラズマ溶射、噴霧熱分解、反応性溶射堆積、ゾルゲル、燃焼トーチ、電気アーク、イオンメッキ、イオン注入、スパッタリング堆積、レーザアブレーション、蒸発、電気メッキ、及びレーザ表面合金化を含む当該技術分野で公知のプロセスによって形成される。１つの実施形態では、薄膜電極は、例えば、タングステン、モリブデン、レニウム及びプラチナ又はこれらの合金等の高融点を有する金属を含む。別の実施形態では、薄膜電極は、ハフニウム、ジルコニウム、セリウム、及びこれらの混合物の炭化物又は酸化物の少なくとも１つを含む。
【００２５】
別の実施形態では、電極層は、熱分解グラファイトの細長い連続ストリップの形態である。熱分解グラファイト（「ＰＧ」）は、最初に、化学蒸着のような当該技術分野で公知のプロセスを介して、例えば熱分解窒化ホウ素コーティンググラファイトベース等のヒータベース上に堆積される。次いでＰＧは、例えば、螺旋、蛇行、その他の所定のパターンに機械加工される。加熱ゾーンの電気パターンすなわち電気的に絶縁された抵抗加熱経路の形成は、限定ではないが、マイクロ機械加工、マイクロブレーディング、レーザ切断、化学エッチング、又は電子ビームエッチングを含む当該技術分野で公知の技術によって行うことができる。
【００２６】
金属ヒータ：
ヒータの実施形態は、図２に示すように従来技術のヒータの種々の実施形態を最初に参照することによって説明することができる。図２では、従来技術のヒータ３３は、例えば、Ａ６０６１のような銅又はアルミニウム合金等の高温材料で作られた金属基板１０００を含む。電極４００１は、金属基板１０００内に埋め込まれている。１つの実施形態の電極は、Ｃａｌｒｏｄ（登録商標）加熱素子として商業的に入手可能な熱伝導性セラミック絶縁体で囲まれた電線を含む。１つの実施形態では、Ｃａｌｒｏｄ（登録商標）加熱素子は、ヒータの上面全体にわたって調整された熱分布を提供するために不均一な蛇行パターンを有する。
【００２７】
図２に示す従来技術の典型的な実施形態では、埋め込み加熱素子４００１によって発生した温度は、均一に分布されず、すなわちＴ１−Ｔ２は、実質的に５０℃又はそれ以上の差がある可能性がある。結果として、例えば、Ｔ１’及びＴ２’等のヒータの上部側の温度は、一般に２０℃以上となる可能性のある温度差を有し、いずれも均一には分布されないことになる。続いて、基板Ｗ上の温度分布は、１０℃を超える可能性がある２つの温度端点間の温度差を有し、均一に分布されないことになる。不均一ウェーハ温度（例えば、Ｔ１”−Ｔ２”＞１０℃）は、これが半導体デバイス製造における収率損失を生じる可能性があるので、半導体プロセスの観点から望ましくない。
【００２８】
図３Ａ−３Ｃに示す金属ヒータの実施形態では、少なくとも１つのＴＰＧヒートスプレッダ６００は、金属基板１０００内に埋め込まれ、基板Ｗ全体にわたって比較的均一な温度で空間的に分布し、基板Ｗに対し熱除去及び／又は分布を調整する。１つの実施形態では、ヒートスプレッダ６００は、構造的金属シェル内部に封入されたＴＰＧのコアを含む。
【００２９】
図３Ａは、熱伝導性セラミック絶縁体（図示せず）によって囲まれ、金属基板１０００内に埋め込まれた電線の形態で、電極４００１を有する金属ヒータの１つの実施形態を示す。図３Ｂは、金属基板と、金属ベース基板１８上に電気的に絶縁されて形成された５μｍから１０００μｍの範囲の厚さを有する薄膜電極４００１とを備えたヒータの別の実施形態を示す。図３Ｃは、金属基板を備えたヒータ３３の更に別の実施形態を示す。金属基板１は、銅又はアルミニウム合金を含み、複数の水冷却通路２及び電気加熱コイル３を収容する。金属基板１の上面は、ダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）を含む２つの誘電体層５と７間に挟まれた導電性電極層６を含む。ＴＰＧ層４が、ヒータ３、冷却器２、及び上面の間に重ね合わせられる。
【００３０】
ＴＰＧ層は、その異方性熱伝導性により、ヒータ３３（図示せず）上に置かれたウェーハに対して熱伝導性を強化し、温度分布を調整する。ヒータ組立体の外側は、更に熱均一性を強化するためにアルミニウムなどの熱絶縁材料の環状リング８を備える。
セラミックコアヒータ：
セラミックコアを有するヒータの実施形態は、図４に示すように従来技術のセラミックコアヒータを最初に参照することによって説明することができる。セラミックコアヒータでは、ベース基板１０は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属、及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物のグループから選択された電気絶縁金属（例えば、焼結基板）を含む。ベース基板１０は、高耐摩耗性及び高耐熱特性を有する特徴がある。１つの実施形態では、ベース基板１０は、９９．７％を超える純度のＡＩＮ、並びにＹ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、及びこれらの組合せから選択された焼結剤を含む。
【００３１】
ベース基板１０は、電気的に絶縁しているオーバーコート層３０でコーティングされる。１つの実施形態では、層３０とベース基板１０との間の接着を強化するのに役立つ任意選択の結合層（図示せず）がある。導電性材料の実施例は、グラファイト；Ｗ及びＭｏ等の耐熱性金属、遷移金属、希土類金属及び合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物、並びにこれらの混合物を含む。
【００３２】
オーバーコート層３０に関して、層３０は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物；アルミニウムの酸化物、酸窒化物；及びこれらの組合せ；ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３のＮＺＰ構造を有する高熱安定化リン酸ジルコニウム；２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物；ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス；並びにＳｉＯ２とＹ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ又は同様のものの酸化物を含むプラズマ抵抗材料との混合物、或いはこれらの金属のうちの１つのフッ化物、もしくはイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）；及びこれらの組合せの少なくとも１つを含む。
【００３３】
任意選択の結合層に関して、該結合層は、Ａｌと、Ｓｉと、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏを含む耐熱性金属と、チタニウム、クロミウム、鉄を含む遷移金属と、これらの混合物とから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、酸窒化物の少なくとも１つを含む。実施例は、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＳｉＣ、ＭｏＣ、及びこれらの混合物を含む。
【００３４】
最適化回路設計を有する導電電極４１は、セラミック基板１０内上に形成される。電極４１は、タングステン、モリブデン、レニウム及びプラチナ又はこれらの合金；周期律表のＩＶａ、Ｖａ及びＶＩａ族に属する金属の炭化物及び窒化物；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの炭化物又は酸化物、並びにこれらの組合せのグループから選択された材料を含む。１つの実施形態では、電極４１は、基板１０（又は基板１０のコーティング層３０）のＣＴＥに密接に適合するＣＴＥを有する材料を含む。ＣＴＥに密接に適合することによって、第２の材料のＣＴＥは、０．７５から１．２５までの範囲のＣＴＥを有する１つの材料であることを意味する。
【００３５】
従来技術のヒータ内の基板Ｗ上の温度分布は、例えば、Ｔ１”−Ｔ２”＞１０℃のように通常は均一には分布されない。図５Ａから図５Ｅに示すセラミックコアを有するヒータの種々の実施形態では、埋め込みＴＰＧヒートスプレッダ６００は、比較的均一な温度分布を備えた基板Ｗ全体にわたって比較的均一な温度で空間的に分布し、基板Ｗに対して熱除去及び／又は分布を調整し、１つの実施形態では１０℃よりも小さく、別の実施形態では５℃よりも小さいＴ１”−Ｔ２”を有する。
【００３６】
図５Ａに示す１つの実施形態では、少なくとも１つのＴＰＧ層６００は、最終の焼結プロセス前に素地の２層（又はスラブ）間に挿入される。別の実施形態では、ＴＰＧ層は、ホットプレスの前に、例えばＡＩＮ等のセラミック材料に挿入される。更に別の実施形態では、ＴＰＧ層（純粋ＴＰＧ又は封入ＴＰＧの形態で）は、これに限定されないが、スリップキャストを含む当該技術分野で公知のプロセスを介してセラミック基板内に埋め込まれる。ＴＰＧが埋め込まれた後、電極４１はセラミック基板１０上にパターン形成され、続いて、ベース基板及び電極４１が、電気絶縁層３０でオーバーコートされる。
【００３７】
図５Ｂに示すヒータの別の実施形態では、ＴＰＧの２つの層は、セラミック基板内で用いられる。図示のように、セラミック材料層間の接着を促進するためにＴＰＧ層を突き抜ける孔がある。またこの孔は、良好な温度分布及び調整のために互いにオフセットして位置付けることができる。
【００３８】
図５Ｃでは、ＴＰＧ層は、上記の実施形態のようにはセラミック基板１０内に埋め込まれていない。この実施形態では、ＴＰＧ層は、オーバーコート３０を施工する前にセラミック基板１０（電極４１の反対側）の上部に配置される。別の実施形態では、ＴＰＧ層６００は、オーバーコート３０が施工される前に最初にセラミック基板１０に堅固に接着される。
【００３９】
図５Ｄでは、ヒータ３３が提供され、ＴＰＧ層６００は、セラミックコーティング層又は結合層（図示せず）で最初にコーティングされた後、焼結によってセラミック基板１０内に埋め込まれる。１つの実施形態では、ＴＰＧ層６００用のコーティングは、Ａｌと、Ｓｉと、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏを含む耐熱性金属と、チタニウム、クロミウム、鉄を含む遷移金属と、並びにこれらの混合物とから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、酸窒化物の少なくとも１つを含む。
【００４０】
図５Ｅは、ヒータが更に静電チャックとしても機能する実施形態を示す。この実施形態では、層７０及び層７２は、例えば、アルミナ又はダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）等の同じ又は異なる誘電体材料を含む。層７１は、例えば、金属化膜のような導電層のチャック電極である。層は、当該技術分野で公知の高温接着を用いて互いに及び基板１０に結合される。少なくとも１つのＴＰＧ層（ＴＰＧシート又は封入ＴＰＧコアとして）６００は、当該技術分野で公知のセラミック製造法を用いてセラミックコア１０内にパターン形成されて埋め込まれる。
【００４１】
図５Ｆでは、熱分解グラファイト層６００は、当該技術分野で公知のセラミック製造法を用いてセラミックコア１０内にパターン形成され埋め込まれるが、この実施形態ではＴＰＧ層６００は更に、連続電極及び熱スプレッダとして機能する。ＴＰＧはまた、抵抗率０．５×１０−３ｏｈｍ−ｃｍを有する導電性であり、このＴＰＧは、基板温度を調整することができるような場合には、加熱素子として機能する。更に、ＴＰＧの高温伝導性は、発生した熱をより均一に分布させるのに役立ち、従って、望ましい熱均一性を達成する助けとなる。
【００４２】
図５Ｇでは、ＴＰＧ層は、セラミック基板内に埋め込まれ、外部電源又はグランドに電気的に接続される。高温伝導平面としての機能の他に、この構成のＴＰＧ層はまた、ウェーハプロセス装置内のプラズマを強化するためのＲＦ電極として使用され、或いはＲＦ電磁界と加熱素子との間の電気的干渉を排除するためのＲＦシールドとして用いることができる。
【００４３】
図５Ｈは、サセプタ２０がヒータ３３の上部に載置される実施形態を示す。ＴＰＧ層６００は、サセプタ２０内に封入され、例えば、金属、セラミック、グラファイト、ポリマー材料又はこれらの組合せのサセプタを作るための当該技術分野で公知の材料を含む。ＴＰＧの高熱伝導性の方向は、ＴＰＧ層６００の平面内にある。１つの実施形態では、サセプタ２０はアルミニウムを含む。別の実施形態では、サセプタ２０は、ＴＰＧ層６００が封入される陽極酸化アルミニウムを含む。
【００４４】
図５Ｉの実施形態では、複数のより小さなＴＰＧ片又はストリップが垂直方向に重なり合う構成で用いられ、「ストリップ」を形成する。１つの実施形態では、ＴＰＧストリップ６００Ａのアレイは、ＴＰＧストリップの縦方向が実質的に互いに平行である１つの平面内のヒータに埋め込まれている。別のＴＰＧストリップ６００Ｂのアレイは、第１の平面６００Ａよりも低い別の平面内に埋め込まれ、ストリップ６００Ｂの縦方向は第１の平面内のＴＰＧストリップ６００Ａの縦方向に実質的に垂直である。両平面において、ＴＰＧの高熱伝導性方向は、ＴＰＧストリップの同じ平面内にある。図５Ｊは、図５Ｉの重なり構成の平面図である。
【００４５】
グラファイトコアヒータ：
グラファイトコア基板１００を有する従来技術のグラファイトコアヒータ３３の実施形態について図６を参照する。グラファイトは、用途に応じてコア１００として示されるが、グラファイト；Ｗ及びＭｏ等の耐熱性金属、遷移金属、希土類金属及び合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物、並びにこれらの混合物を非限定的に含む他の導電性材料を用いてもよい。コア１００は、電気的に絶縁しているオーバーコート層２００と、任意選択的にオーバーコート層２００とベース基板コア１００との間の接着を強化するのに役立つ結合層（図示せず）とでコーティングされる。オーバーコート層２００に関して、オーバーコート層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物；アルミニウムの酸化物；及びこれらの組合せの少なくとも１つを含む。実施例は、熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）である。任意選択の結合層に関して、結合層は、Ａｌと、Ｓｉと、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏを含む耐熱性金属と、チタニウム、クロミウム、鉄を含む遷移金属と、並びにこれらの混合物とから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物、酸化物、酸窒化物の少なくとも１つを含む。
【００４６】
電極４０１は、５μｍから１０００μｍの範囲の厚さを有する薄膜電極１６を含み、当該技術分野で公知のプロセスによって電気絶縁層２００上に形成される。１つの実施形態では、薄膜電極４０１は、例えば、タングステン、モリブデン、レニウム及びプラチナ又はこれらの合金等の高融点を有する金属を含む。別の実施形態では、薄膜電極４０１は、ハフニウム、ジルコニウム、セリウム、及びこれらの混合物の炭化物又は酸化物の少なくとも１つを含む。１つの実施例では、１８μｍの膜厚を有する電解銅箔が電極４０１として用いられる。ヒータ３３は、エッチング抵抗保護コーティング膜３００で更にコーティングされ、該コーティング膜は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属、及びこれらの組合せからなるグループから選択された原子の少なくとも窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物を含み、２５℃から１０００℃の温度範囲で２．０×１０−６／Ｋから１０×１０−６／Ｋの範囲のＣＴＥを有する。別の実施形態では、層３００は、高熱安定化リン酸ジルコニウムを含む。第３の実施形態では、層３００は、元素の周期律表の２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物を含む。好適なガラスセラミック組成物の実施例は、ランサナムアルミノシリケート（ＬＡＳ）、マグネシウムアルミノシリケート（ＭＡＳ）、カルシウムアルミノシリケート（ＣＡＳ）、及びイットリウムアルミノシリケート（ＹＡＳ）を含む。保護コーティング層３００の厚さは、１μｍから数百μｍまで変化する、例えば、ＣＶＤ、イオンメッキ、ＥＴＰ、その他を用いた用途及びプロセスに応じて変わる。
【００４７】
図６に示す従来技術のヒータの変形形態として、グラファイトコアを有するヒータの種々の実施形態では、ヒータは、少なくとも１つの埋め込みＴＰＧヒートスプレッダ６００を用いて、比較的均一な温度分布の基板Ｗ全体にわたって温度を分布及び／又は調整し、１つの実施形態では１０℃よりも小さく、別の実施形態では５℃よりも小さなＴ１”−Ｔ２”を有する。ヒータ３３の種々の実施形態は、図７Ａ−図７Ａに示される。
【００４８】
図７Ａは、ＴＰＧヒートスプレッダ６００がベースコーティング２００とオーバーコート層３００との間のヒータ内に埋め込まれたヒータ３３を示す。１つの実施形態におけるＴＰＧ層６００は、オーバーコート及びベースコートが接触する場合、これらを単に接着することによって所定位置に保持される。１つの実施形態では、ＴＰＧ層６００は、オーバーコート及びベースコート層が連結し接着することができる選択位置で、複数のスルーホールを組み込む。別の実施形態では、ＴＰＧ層６００は、例えばＡｒｍｃｏからのＣｅｒａｍａｂｏｎｄ（登録商標）接着剤のような高温適合接着剤で所定位置に接着される。
【００４９】
図７Ｂでは、ＴＰＧヒートスプレッダ６００は、グラファイト基板１００とベースコーティング層２００（基板Ｗに近い上部側）との間のヒータ内に埋め込まれている。ＴＰＧ６００は、単に、ベースコート及び基板が接触する場合にこれらを接着することによって、又はベースコートに幾つかのスルーホールを組み込み、基板１００に連結させて更に接着することによって、或いは高温接着剤を使用することによって所定位置に保持することができる。更に別の実施形態では、熱分解グラファイトは、グラファイト基板１００上に堆積され、続いて熱アニールプロセスに送られ、グラファイト基板１００に直接接着されるＴＰＧ層を形成する。
【００５０】
図７Ｃは、図７Ｂのヒータ３３の変形形態であり、の位置が変更され、該ＴＰＧヒートスプレッダ６００は、グラファイト基板１００とベースコーティング２００との間のグラファイト基板１００の底部でヒータ内に埋め込まれている。
【００５１】
図７Ｄでは、少なくとも２つのＴＰＧヒートスプレッダ６００が使用され、ヒートスプレッダ６００はグラファイト基板１００とベースコーティング層２００との間のヒータの上部及び底部の両方に埋め込まれている。
【００５２】
図７Ｅは、複数のＴＰＧヒートスプレッダ６００がヒータ３３の上部で用いられ／埋め込まれているヒータ３３の実施形態を示す。１つの実施形態では、複数のスルーホールがＴＰＧ層６００に設けられ、グラファイト基板、ベースコーティング２００、及びオーバーコート３００の間の接着を向上させる。別の実施形態では、より小さなＴＰＧ片が使用され、重なり合う層状のモザイク構成を形成し、孔及び境界の殆どは互いにオフセットされている。
【００５３】
図示の実施形態では、電極は、最適な熱設計のためにヒータ３３の底部（又は底部近く）に位置付けられている。しかしながら、ヒータ３３の上部（支持ウェーハの近く）にパターン形成された電極を有し、基板上に均一な温度分布を備えたヒータに関する他の実施形態が予期される（図示していないが）。別の実施形態（図示せず）では、ＴＰＧ層は、ウェーハ基板Ｗとヒータ３３の上部に位置するパターン電極との間に位置決めされる。更に別の実施形態（図示せず）では、ＴＰＧ層は、効率を改善するためにヒータ型の下に配置されて依然としてほぼ同程度の効果があり、ＴＰＧ層のｃ方向のヒータ分布が熱流量に対する障壁になっている。
【００５４】
本発明のヒータは、ガラス成形型の加工用のプラズマエッチングチャンバを含む幾つかの異なるプロセス、或いは、限定ではないが、原子層エピタキシー（ＡＬＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）、及びプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）を含む半導体加工チャンバで用いることができる。
本発明は、以下の非限定的な実施例によって更に例証される。
【実施例】
【００５５】
実施例では、計算流体力学（ＣＦＤ）計算は、ヒータ組立体をモデル化するのに実行される。図８Ａ及び図８Ｂは、従来技術のヒータと少なくとも１つの埋め込みＴＰＧ層を有するヒータの実施形態との性能を比較するために構築されたモデルの概略図である。モデルは、軸対称２−Ｄモデルである。
【００５６】
従来技術のヒータのモデルでは、焼結ＡＩＮは、１６０Ｗ／ｍ−Ｋの等方性熱伝導率を有するセラミックコアに用いられる。本発明のヒータの実施形態のモデルでは、ＴＰＧ層は、焼結ＡＩＮセラミックコア内に埋め込まれている。ＴＰＧ層は、水平面で１５００Ｗ／ｍ−Ｋ及び垂直面で２０Ｗ／ｍ−Ｋの異方性熱伝導率を有する。ＴＰＧとＡＩＮとの間の完全な接触は、計算で推測される。ＴＰＧの厚さ（ｔｈ）は変化し、同様にｔｈ ＴＰＧが載置される上面からの距離（ｄ）も変化する。
【００５７】
モデルでは、単一ウェーハは、様々な入力レベルで加熱される。電力は、基板／電極系の底部の電極に入力され、温度は位置の関数として構造体の上部側で求められる。このデータから、最高温度及び最低温度の差が計算される。図示のように、表面は（想定放射率０．４で）、０℃の背景温度で自由空間に放射する。ウェーハ表面上の温度均一性は、ウェーハ表面全体にわたって載置された熱電対によって測定される最高温度と最低温度との差として定義される。有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）プロセスの場合には、均一性は厳しい要件である。従って、温度均一性のあらゆる摂氏温度変動が堆積プロセスに影響する。コンピュータモデルの結果は、図９−１２に示される。
【００５８】
図９は、１０、２００、及び１０００Ｗの電力を電極内に入力した従来技術のヒータのウェーハ温度のプロファイルである。ウェーハ構造体の上部側の温度分布がモデル化される。
【００５９】
図１０−１２は、本発明のヒータの種々の実施形態のプロファイルである。図１０は、ＡＩＮコア基板内に埋め込まれた１ｍｍ厚さのＴＰＧ層が使用されるヒータの温度プロファイルを示す。ＴＰＧ層は、上部から２．５ｍｍの位置に配置されるが、温度分布がＴＰＧ層の位置に対して比較的敏感であることを示している。
【００６０】
図１１では、かなり厚い３ｍｍ厚さのＴＰＧが１つの実施形態のＡＩＮコアヒータ内に埋め込まれ、１０，２００又は１０００Ｗ電力が電極内に入力される。結果、特に低電力入力で温度均一性の著しい向上を示している。この場合も同様に、このモデルの結果は、温度分布がＴＰＧ層の位置に対して比較的敏感であることを示している。
【００６１】
図１２では、ヒータの上部から（ウェーハから離れた）２．５ｍｍに埋め込まれた６ｍｍ厚さのＴＰＧ層を有する構造体の上部側に著しく均一な温度分布を示している。Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎは、電力入力レベルに応じて０．０３℃から７．７℃まで変化する。図示のように、各電力レベルに対して、ＴＰＧ厚さは、ウェーハ基板全体にわたる最高温度均一性、すなわち１つの実施形態では５℃よりも小さなＴｍａｘ−Ｔｍｉｎから、幾つかの用途では２℃よりも小さなＴｍａｘ−Ｔｍｉｎまで可能にするように最適化することができる。
【００６２】
本明細書は、実施例を用いて、最良の形態を含む本発明を開示し、同様にあらゆる当業者が本発明を実施し利用できるようにしている。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】加熱装置の１つの実施形態を示す斜視図。
【図２】従来技術の金属ヒータの実施形態の断面図。
【図３】金属ベース基板を含むヒータの実施形態の断面図。
【図４】セラミックコアを有するヒータのための従来技術のヒータの実施形態の断面図。
【図５Ａ】Ａ−Ｃは、基板用のセラミックコアを含むヒータの実施形態の断面図。
【図５Ｄ】Ｄ−Ｅは、基板用のセラミックコアを含むヒータの実施形態の断面図。Ｆ−Ｇは、電極として熱分解グラファイト層を含むヒータの実施形態の断面図。
【図５Ｈ】Ｈは、熱分解層がサセプタ内に封入されるヒータの実施形態の断面図。Ｉは、熱分解グラファイト層が垂直方向に重なり合う構成で用いられるヒータの実施形態の断面図。Ｊは、Ｉの実施形態の平面図。
【図６】グラファイトコアを有するヒータの従来技術のヒータの実施形態の断面図。
【図７Ａ】グラファイトコアを含むヒータの実施形態の断面図。
【図７Ｅ】グラファイトコアを含むヒータの実施形態の断面図。
【図８】Ａは、従来技術（ＡＩＮ基板を有する図８Ａ）のヒータを用いる熱モジュール概略図。モジュールは、半導体プロセス動作中のウェーハ基板の表面温度を調べるために計算流体力学（ＣＦＤ）計算を利用する。Ｂは、本発明のヒータの実施形態（ＡＩＮ基板内に埋め込まれたＴＰＧ層）の概略図。
【図９】ＡＩＮ基板を有する従来技術のヒータ内の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【図１０】ＡＩＮ基板内の厚さ１ｍｍ、３ｍｍ、及び６ｍｍの埋め込みＴＰＧ層を有する、本発明のヒータ実施形態の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【図１１】ＡＩＮ基板内の厚さ１ｍｍ、３ｍｍ、及び６ｍｍの埋め込みＴＰＧ層を有する、本発明のヒータ実施形態の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【図１２】ＡＩＮ基板内の厚さ１ｍｍ、３ｍｍ、及び６ｍｍの埋め込みＴＰＧ層を有する、本発明のヒータ実施形態の基板の上部側の温度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６４】
１、１０、１２、１８、１００、１０００ … 基板
２ … 冷却器
３ … ヒータ
４ … ＴＰＧ層
５、７ … 誘電体層
６、１６、４１、４００１ 電極
８ … 環状リング
１３ … 上面
１５ … 電気端子
２０ … サセプタ
３０ … 層
３３ … 加熱装置、ヒータ
２００ … コーティング
３００ … コーティング膜
６００ … ヒートスプレッダ
６００Ａ、６００Ｂ … ＴＰＧストリップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスチャンバ内の基板を支持し、前記基板の表面温度を調整するための装置であって、
前記基板を支持するように適合された表面を有するベース支持体と、
前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、
前記ベース支持体内に配置され、支持されている前記基板に平行な平面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有する熱分解グラファイト（ＴＰＧ）材料の少なくとも１つの層と、
を含み
前記ベース支持体の表面が、前記ベース支持体の表面上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ウェーハ基板が該ウェーハ基板の表面上に５℃の最大温度変化を有する、半導体処理チャンバ内のウェーハ基板を支持するための請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＴＰＧ層が、０．５ｍｍから１５ｍｍまでの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記ＴＰＧ層が、０．００５ｍｍよりも小さな厚み変動を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記ＴＰＧ層が、同じ又は異なるサイズ及び幾何形状の熱分解グラファイトの複数片を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記ＴＰＧ層が、縦方向を有する熱分解グラファイトの複数のストリップを含み、
前記ストリップは、垂直方向に重なり合う構成で用いられて前記ストリップを形成し、
少なくとも２つのＴＰＧストリップが、該ＴＰＧストリップの縦方向が実質的に互いに平行な状態で第１の平面内に配置され、
少なくとも２つのＴＰＧストリップが前記第１の平面から離間した第２の平面内に置かれて、前記ＴＰＧストリップの縦方向が前記第１の平面内のＴＰＧストリップの縦方向に対して垂直になり、
前記ＴＰＧ層が、前記第１の平面及び第２の平面の両方で少なくとも１０００Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記ベース支持体上に配置されて、前記基板を直接支持するサセプタを更に含み、
前記サセプタがアルミニウム又はアルミニウム合金を含み、
ベース基板が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物；及びこれらの組合せのグループから選択された焼結材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
処理されることになる基板を支持する前記ベース基板が、
高温金属及びその合金と、
バルクグラファイト；耐熱性金属、遷移金属、希土類金属及びこれらの合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物、並びにこれらの混合物と、
Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物；及びこれらの組合せと、
のうちの１つを含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いるための請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置であって、
ウェーハを支持するためのベース支持体が、銅、アルミニウム、及びこれらの合金の少なくとも１つを含むベース基板を含み、
熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記金属ベース基板内に埋め込まれ、
前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子が、前記熱分解グラファイト層の下で前記ウェーハ基板から離れて前記金属ベース基板内に埋め込まれることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いる請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置であって、
前記ウェーハ基板を支持するための前記ベース支持体が、銅、アルミニウム、及びこれらの合金の少なくとも１つを含むベース基板を含み、
前記加熱素子が、前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための２つの誘電体層の間に挟まれて前記金属ベース基板上に配置され、
前記熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記加熱素子及び誘電体層の下で前記ウェーハ基板から離れて前記金属ベース基板内に埋め込まれていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いる請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置であって、
前記ウェーハ基板を支持するための前記ベース基板が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物；及びこれらの組合せのグループから選択されたセラミック材料を含むベース基板を含み、前記セラミックベース基板が、上面と、前記装置上に支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有し、
前記少なくとも１つの熱分解グラファイト層が、前記セラミックベース基板内に埋め込まれ、
前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための前記加熱素子が、前記セラミックベース基板の底面上に配置されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記ＴＰＧ層が、ＲＦ電極として用いるために外部電源又はグランドに電気的に接続されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
プロセスチャンバ内の基板を支持し、前記基板の表面温度を調整するための装置において、前記装置が、
前記基板を支持するように適合された表面を有するベース支持体であって、該ベース支持体が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物及びこれらの組合せのグループから選択されたセラミック材料を含むベース基板を含み、前記セラミックベース基板が、上面と、前記装置上に支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有し、前記ベース支持体が前記セラミックベース基板をコーティングする第１のコーティング層を更に含み、前記コーティング層が、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ、耐熱性超硬合金、遷移金属及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の１つを含むベース支持体と、
前記セラミックベース基板の底面上に配置された、前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、
前記ベース支持体内に配置された熱分解グラファイト材料の少なくとも１つの層であって、前記熱分解グラファイト（ＴＰＧ）層が、
支持されている前記基板に平行な平面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有し、前記セラミックベース基板内又は前記セラミックベース基板と第１のコーティング層との間に埋め込まれた熱分解グラファイト材料の少なくとも１つの層と、
を含み、
前記ベース支持体の表面が、前記ベース支持体の表面上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
ベース支持体を有する、半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するための装置において、
上面と前記装置上に支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有する、バルクグラファイトを含むベース基板と、
前記グラファイトベース基板をコーティングするための第１のコーティング層であって、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ、耐熱性超硬合金、遷移金属、及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の１つから選択された電気絶縁材料を含む第１のコーティング層と、
前記第１のコーティング層上に配置され、又は前記グラファイトベース基板と前記第１のコーティング層との間に配置された熱分解グラファイトの少なくとも１つの層と、
前記コーティングされたグラファイトベース基板の底面上に配置された、前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するため加熱素子と、
前記ベース支持体をコーティングするためのオーバーコート層であって、該オーバーコート層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物；ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３のＮＺＰ構造を有するリン酸ジルコニウム；２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物；ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス；並びにＳｉＯ２と、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ及びイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）の酸化物又はフッ化物を含むプラズマ抵抗材料との混合物の１つを含むオーバーコート層と、
を含み、
前記装置によって支持された前記ウェーハが、前記ウェーハ上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記ベース支持体が、熱分解グラファイトの２つの層である第１の層と第２の層とを含み、前記第１の層は前記グラファイト基板の上面に配置され、前記第２の層は前記グラファイト基板の底面に配置されることを特徴とする請求項１４の装置。
【請求項１６】
前記ベース支持体が、熱分解グラファイトの２つの層である第１の層と第２の層とを含み、前記第１の層は前記グラファイト基板の上面で前記グラファイト基板と第１のコーティング層との間に配置され、前記第２の層は前記グラファイト基板の上面で前記第１のコーティング層上に配置されることを特徴とする請求項１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記ベース支持体が、熱分解グラファイトの２つの層である第１の層と第２の層とを含み、前記第１の層は前記グラファイト基板の上面で前記グラファイト基板と第１のコーティング層との間に配置され、前記第２の層は前記グラファイト基板の上面で前記第１のコーティング層上に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記グラファイトベース基板の上面で前記グラファイトベース基板と前記第１のコーティング層との間に配置されることを特徴とする請求項１４の装置。
【請求項１９】
前記熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記グラファイトベース基板の底面で前記グラファイトベース基板と前記第１のコーティング層との間に配置されることを特徴とする請求項１４の装置。
【請求項２０】
ベース支持体を有する、半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いる装置において、
Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物及びこれらの組合せの１つから選択されたセラミック材料を含むベース基板であって、上面と、前記装置によって支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有するベース基板と、
前記ベース基板の上面上に配置された少なくとも１つの熱分解グラファイト層と、
熱分解層及びセラミックベース基板をコーティングするための第１のコーティング層であって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物；アルミニウムの酸化物、酸窒化物；及びこれらの組合せからなるグループから選択された電気絶縁材料を含む第１のコーティング層と、
熱分解グラファイト；耐熱性金属；遷移金属、希土類金属及び合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物並びにこれらの混合物を含む、第１のコーティング層上に配置された加熱素子と、
前記ベース支持体をコーティングするためのオーバーコート層であって、該オーバーコート層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物；ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３のＮＺＰ構造を有するリン酸ジルコニウム；２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物；ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス；並びにＳｉＯ２と、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ及びイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）の酸化物又はフッ化物を含むプラズマ抵抗材料との混合物の１つを含むオーバーコート層と、
を含み、
前記装置によって支持された前記ウェーハが、前記ウェーハ上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【請求項１】
プロセスチャンバ内の基板を支持し、前記基板の表面温度を調整するための装置であって、
前記基板を支持するように適合された表面を有するベース支持体と、
前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、
前記ベース支持体内に配置され、支持されている前記基板に平行な平面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有する熱分解グラファイト（ＴＰＧ）材料の少なくとも１つの層と、
を含み
前記ベース支持体の表面が、前記ベース支持体の表面上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ウェーハ基板が該ウェーハ基板の表面上に５℃の最大温度変化を有する、半導体処理チャンバ内のウェーハ基板を支持するための請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ＴＰＧ層が、０．５ｍｍから１５ｍｍまでの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１から請求項２のいずれかに記載の装置。
【請求項４】
前記ＴＰＧ層が、０．００５ｍｍよりも小さな厚み変動を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記ＴＰＧ層が、同じ又は異なるサイズ及び幾何形状の熱分解グラファイトの複数片を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記ＴＰＧ層が、縦方向を有する熱分解グラファイトの複数のストリップを含み、
前記ストリップは、垂直方向に重なり合う構成で用いられて前記ストリップを形成し、
少なくとも２つのＴＰＧストリップが、該ＴＰＧストリップの縦方向が実質的に互いに平行な状態で第１の平面内に配置され、
少なくとも２つのＴＰＧストリップが前記第１の平面から離間した第２の平面内に置かれて、前記ＴＰＧストリップの縦方向が前記第１の平面内のＴＰＧストリップの縦方向に対して垂直になり、
前記ＴＰＧ層が、前記第１の平面及び第２の平面の両方で少なくとも１０００Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記ベース支持体上に配置されて、前記基板を直接支持するサセプタを更に含み、
前記サセプタがアルミニウム又はアルミニウム合金を含み、
ベース基板が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物；及びこれらの組合せのグループから選択された焼結材料を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
処理されることになる基板を支持する前記ベース基板が、
高温金属及びその合金と、
バルクグラファイト；耐熱性金属、遷移金属、希土類金属及びこれらの合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物、並びにこれらの混合物と、
Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物；及びこれらの組合せと、
のうちの１つを含むことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いるための請求項１から請求項８のいずれかに記載の装置であって、
ウェーハを支持するためのベース支持体が、銅、アルミニウム、及びこれらの合金の少なくとも１つを含むベース基板を含み、
熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記金属ベース基板内に埋め込まれ、
前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子が、前記熱分解グラファイト層の下で前記ウェーハ基板から離れて前記金属ベース基板内に埋め込まれることを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いる請求項１から請求項９のいずれかに記載の装置であって、
前記ウェーハ基板を支持するための前記ベース支持体が、銅、アルミニウム、及びこれらの合金の少なくとも１つを含むベース基板を含み、
前記加熱素子が、前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための２つの誘電体層の間に挟まれて前記金属ベース基板上に配置され、
前記熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記加熱素子及び誘電体層の下で前記ウェーハ基板から離れて前記金属ベース基板内に埋め込まれていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いる請求項１から請求項１０のいずれかに記載の装置であって、
前記ウェーハ基板を支持するための前記ベース基板が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物；及びこれらの組合せのグループから選択されたセラミック材料を含むベース基板を含み、前記セラミックベース基板が、上面と、前記装置上に支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有し、
前記少なくとも１つの熱分解グラファイト層が、前記セラミックベース基板内に埋め込まれ、
前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための前記加熱素子が、前記セラミックベース基板の底面上に配置されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
前記ＴＰＧ層が、ＲＦ電極として用いるために外部電源又はグランドに電気的に接続されることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
プロセスチャンバ内の基板を支持し、前記基板の表面温度を調整するための装置において、前記装置が、
前記基板を支持するように適合された表面を有するベース支持体であって、該ベース支持体が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物及びこれらの組合せのグループから選択されたセラミック材料を含むベース基板を含み、前記セラミックベース基板が、上面と、前記装置上に支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有し、前記ベース支持体が前記セラミックベース基板をコーティングする第１のコーティング層を更に含み、前記コーティング層が、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ、耐熱性超硬合金、遷移金属及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の１つを含むベース支持体と、
前記セラミックベース基板の底面上に配置された、前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するための加熱素子と、
前記ベース支持体内に配置された熱分解グラファイト材料の少なくとも１つの層であって、前記熱分解グラファイト（ＴＰＧ）層が、
支持されている前記基板に平行な平面内で少なくとも１０００Ｗ／ｍ℃の熱伝導率を有し、前記セラミックベース基板内又は前記セラミックベース基板と第１のコーティング層との間に埋め込まれた熱分解グラファイト材料の少なくとも１つの層と、
を含み、
前記ベース支持体の表面が、前記ベース支持体の表面上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【請求項１４】
ベース支持体を有する、半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するための装置において、
上面と前記装置上に支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有する、バルクグラファイトを含むベース基板と、
前記グラファイトベース基板をコーティングするための第１のコーティング層であって、Ａｌ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ、耐熱性超硬合金、遷移金属、及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の１つから選択された電気絶縁材料を含む第１のコーティング層と、
前記第１のコーティング層上に配置され、又は前記グラファイトベース基板と前記第１のコーティング層との間に配置された熱分解グラファイトの少なくとも１つの層と、
前記コーティングされたグラファイトベース基板の底面上に配置された、前記基板を少なくとも３００℃の温度まで加熱するため加熱素子と、
前記ベース支持体をコーティングするためのオーバーコート層であって、該オーバーコート層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物；ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３のＮＺＰ構造を有するリン酸ジルコニウム；２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物；ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス；並びにＳｉＯ２と、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ及びイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）の酸化物又はフッ化物を含むプラズマ抵抗材料との混合物の１つを含むオーバーコート層と、
を含み、
前記装置によって支持された前記ウェーハが、前記ウェーハ上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【請求項１５】
前記ベース支持体が、熱分解グラファイトの２つの層である第１の層と第２の層とを含み、前記第１の層は前記グラファイト基板の上面に配置され、前記第２の層は前記グラファイト基板の底面に配置されることを特徴とする請求項１４の装置。
【請求項１６】
前記ベース支持体が、熱分解グラファイトの２つの層である第１の層と第２の層とを含み、前記第１の層は前記グラファイト基板の上面で前記グラファイト基板と第１のコーティング層との間に配置され、前記第２の層は前記グラファイト基板の上面で前記第１のコーティング層上に配置されることを特徴とする請求項１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
前記ベース支持体が、熱分解グラファイトの２つの層である第１の層と第２の層とを含み、前記第１の層は前記グラファイト基板の上面で前記グラファイト基板と第１のコーティング層との間に配置され、前記第２の層は前記グラファイト基板の上面で前記第１のコーティング層上に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
前記熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記グラファイトベース基板の上面で前記グラファイトベース基板と前記第１のコーティング層との間に配置されることを特徴とする請求項１４の装置。
【請求項１９】
前記熱分解グラファイトの少なくとも１つの層が、前記グラファイトベース基板の底面で前記グラファイトベース基板と前記第１のコーティング層との間に配置されることを特徴とする請求項１４の装置。
【請求項２０】
ベース支持体を有する、半導体プロセスチャンバ内のウェーハ基板を支持するのに用いる装置において、
Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物及びこれらの組合せの１つから選択されたセラミック材料を含むベース基板であって、上面と、前記装置によって支持されているウェーハから外方に向いた底面とを有するベース基板と、
前記ベース基板の上面上に配置された少なくとも１つの熱分解グラファイト層と、
熱分解層及びセラミックベース基板をコーティングするための第１のコーティング層であって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属からなるグループから選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物；アルミニウムの酸化物、酸窒化物；及びこれらの組合せからなるグループから選択された電気絶縁材料を含む第１のコーティング層と、
熱分解グラファイト；耐熱性金属；遷移金属、希土類金属及び合金；ハフニウム、ジルコニウム、及びセリウムの酸化物及び炭化物並びにこれらの混合物を含む、第１のコーティング層上に配置された加熱素子と、
前記ベース支持体をコーティングするためのオーバーコート層であって、該オーバーコート層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐熱性超硬合金、遷移金属及びこれらの組合せからなるグループから選択された元素の窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物；ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３のＮＺＰ構造を有するリン酸ジルコニウム；２ａ族、３ａ族及び４ａ族の元素からなるグループから選択された少なくとも１つの元素を含むガラスセラミック組成物；ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ガラス；並びにＳｉＯ２と、Ｙ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｅｕ、Ｄｙ及びイットリウム−アルミニウム−ガーネット（ＹＡＧ）の酸化物又はフッ化物を含むプラズマ抵抗材料との混合物の１つを含むオーバーコート層と、
を含み、
前記装置によって支持された前記ウェーハが、前記ウェーハ上の最低温度点と最高温度点との間に１０℃の最大温度変化を有することを特徴とする装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｄ】
【図５Ｈ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｅ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｄ】
【図５Ｈ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｅ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−８５２８３（Ｐ２００８−８５２８３Ａ）
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３２３７２３（Ｐ２００６−３２３７２３）
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（５０６３９０４９８）モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク (85)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２３７２３（Ｐ２００６−３２３７２３）
【出願日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【出願人】（５０６３９０４９８）モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク (85)
【Ｆターム（参考）】
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