JP2008016796A - 抵抗加熱素子用電極パターン及び基板処理装置 - Google Patents

抵抗加熱素子用電極パターン及び基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体の製造に用いるためのウェーハ加工装置内に埋め込まれた抵抗加熱素子の回路パターンに関する。
【解決手段】 抵抗加熱素子用の最適電極パターンを有するウェーハ加工装置が、開示される。最適電極パターンは、接触域、電気接続部、及びスルーホール等の区域の近傍又は周囲により多くの熱を発生させて最高温度均一性をもたらすことによって、これらの周囲の熱損失を補償するように設計される。本発明の最適設計の別の実施形態では、加熱素子の抵抗は、より高効率のために、詳細にはより高い動作温度又はより高い電気出力を必要とする時に電源のインピーダンスに密接に整合する。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体の製造に用いるためのウェーハ加工装置内に埋め込まれた抵抗加熱素子の回路パターンに関する。
ウェーハ加工装置は、特に半導体デバイスの製造用のプラズマCVD、低圧CVD、光学CVD又はPVDシステムなどの薄膜形成システムにおいて、或いはプラズマエッチング又は光学エッチング技法に基づくエッチングシステムにおいてウェーハを処理するのに用いられる。加熱素子を含むセラミックヒータは、ウェーハ及び基板を支持し、これらを特定の温度まで加熱するのに用いられている。加熱素子の電極パターン設計は加熱ユニットの性能に直接影響を与え、該性能は、温度変化率、動作温度、及び最も重要な温度均一性として定義される。
ウェーハ加工装置の加熱素子の均一性が不十分であることは、全体として支持表面の加熱に著しい不均一を生じ、従ってウェーハを均一に加熱することができない。その結果、ウェーハ加工装置を使用して薄膜が形成される場合に、ウェーハ上で均一な厚さで薄膜を形成することができず、エッチングプロセスの場合では、プロセス精度の著しいばらつきの問題があり、結果として低い生産収率をもたらす。
従来技術においては、回路パターンすなわちセラミックヒータの電極パターンをより良く設計する試みがなされてきた。特許文献1は、セラミックヒータの温度分布を改善するために平行に接続された少なくとも2つの線形抵抗加熱素子から構成される回路パターンを開示している。特許文献2では、抵抗加熱素子が相互に配線され、各隣接加熱素子間の距離が1−5mmであるセラミックヒータが開示されている。特許文献3号は、加熱素子が広い蓄熱防止領域を形成するための様々な回路パターン間隔を有するセラミックヒータを開示している。別の引例では、特許文献4は、絶縁基板の中央部及び最外部から形成された抵抗加熱素子の別の構成を有するセラミックヒータを開示している。
本発明は、ウェーハ加熱装置の加熱素子の回路パターンを設計し最適化する手法に関する。最適回路設計の1つの実施形態では、電極によって発生する出力密度は、ヒータの熱伝達境界条件によって定められた熱損失に密接に一致する。更に別の実施形態では、加熱素子の抵抗は、効率をより高めるために、詳細にはより高い動作温度又はより高い電力が必要とされる加工条件下で電源のインピーダンスに密接に一致する。
日本公開特許第11−317283号公報 日本公開特許第2004−146570号公報 日本公開特許第2002−373846号公報 米国公開特許第2002−185488号公報
1つの態様において、本発明は、電源に電気的に接続される電気接点における電極パターンの設計基準に関する。電気接点では、接触域内に発生する熱の不足及び電気接続により発生する可能性のある付加的な熱損失を補償するためにより多くの電力を必要とする。電極の1つの実施形態では、電極は、a)接触域の近くに十分な空間がある場合、一方側から点の周囲を回って接点に接続する、及びb)接点の近くに十分な空間がない場合、接続部の幅を経路幅の0.45から0.8までの範囲に縮小することの少なくとも1つによってより多くの熱が発生されるように設計される。
本発明の別の態様では、電極パターンは、比較的大きなタブを有するウェーハ加工装置用に最適化される。タブの構造的限界に起因して、電極は典型的にはタブの表面を覆うようには延びない。1つの実施形態では、ウェーハを加熱するのに均一な表面温度を可能にするタブで主ヒータ域が熱損失から分離されるように調節される幅縮小において、最も外側の電極経路の幅は電極経路の元の幅の0.5から0.95までの範囲まで縮小される。
1つの態様では、電極パターンは、ウェーハ加工装置の支持ホール、ピンホール等の周りで最適化される。これらの設計では、電極幅は、経路転回の位置に対するホールの位置に応じて0.30から0.70までの範囲の縮小された幅で、ホールの近傍又は周囲でより多くの電力を発生するように縮小される。ホールがヒータのエッジ近傍(例えば支持ホール)に配置される1つの実施形態では、電極経路の幅は、ホールなしの通常経路幅の0.4から0.75までの範囲まで縮小される。比較的大きなホールの第2の実施形態では、電極パターンは、ホールの位置で経路が集まり且つ反対方向に戻るように配置される。
更に別の態様では、本発明は、各ゾーンに対して様々な幾何学形状及び仕様を備えた複数ゾーンヒータパターンを有し、不均一境界条件環境で動作するが依然として均一なヒータ温度分布が得られるウェーハ加工装置に関する。本ヒータでは、2つの加熱ゾーンは、ヒータの外側周辺エッジ上の付加的な熱損失を補償し半径方向の温度均一性をもたらすように設計され、第1のゾーンの最も外側の経路が電極の第2のゾーン内の内部経路の幅の0.6から0.95までの範囲の幅を有する。
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。
本明細書で用いられる用語「基板」及び「ウェーハ」は同義的に用いることができ、本発明の装置によって支持/加熱されている半導体ウェーハ基板を指す。同様に本明細書で用いられる「処理装置」は、「取扱装置」、「加熱装置」、「ヒータ」、又は「加工装置」と同義的に用いることができ、その上に支持されるウェーハを加熱するために少なくとも1つの加熱素子を含む装置を意味する。
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「抵抗加熱素子」は「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、単数形又は複数形のいずれでも用いることができ、少なくとも1つのユニットが存在することを意味する。
本明細書で用いられるように、密接に一致した熱膨張係数(CTE)を有する構成部品とは、構成部品のCTEが隣接する層又はこれに隣接する別の構成部品のCTEの0.75から1.25の間であることを意味する。
本発明の最適回路設計を有する抵抗加熱素子を用いたウェーハ加工装置の実施形態は、各図を参照しながら、利用する材料及び材料の製造プロセスの説明により以下のように示される。
ウェーハ加工装置の一般的な実施形態
図8に示す1つの実施形態では、ウェーハ加工装置は、上面13がウェーハ内に埋められた加熱抵抗器16(図示せず)を有するウェーハW用の支持面として機能する円板状高密度セラミック基板12を意味する。加熱抵抗器に電気を供給するための電気端子15は、セラミック基板12の底面の中央、又は1つの実施形態ではセラミック基板の側面に取り付けることができる。ヒータの上面13に置かれたウェーハWは、供給端子15に電圧を印加することによって均一に加熱され、これにより加熱抵抗器に熱を発生させる。
本発明のウェーハ加工装置のベース基板に関して、図9Aに示す1つの実施形態では、ベース基板は、電気的に絶縁しているオーバーコート層19を有する導電性材料を含む円板又は基板18を備える。導電性材料円板18は、グラファイト、W及びMoなどの耐熱金属、遷移金属、希土類金属及び合金、並びにこれらの混合物のグループから選択される。導電性円板18のオーバーコート層19に関して、層19は、B、Al、Si、Ga、Y、耐熱性硬金属、遷移金属から成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;及びこれらの組合せの少なくとも1つを含む。
図9Bに示す、ベース基板18が電気絶縁材料(すなわち焼結基板)を含む1つの実施形態では、材料は、高耐摩耗性及び高耐熱特性を有する、B、Al、Si、Ga、Y、耐熱性硬金属、遷移金属から成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;酸化物、アルミニウムの酸窒化物;及びこれらの組合せのグループから選択される。1つの実施形態では、ベース基板18は、詳細には、熱伝導率が50W/mKよりも大きく(場合によっては100W/mKよりも大きい)、フッ素ガス及び塩素ガス等の腐食性ガスによる腐食に対して耐性があり、並びにプラズマに対する耐性が高いAINを含む。1つの実施形態では、ベース基板は、99.7%を超える純度の高純度窒化アルミニウムと、Y、Erから選択された焼結剤、並びにこれらの組合せを含む。
図9Cに示す1つの実施形態では、最適回路設計を有する加熱素子16は、セラミック基板12内に「埋め」られる。加熱素子16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などの高融点を有する金属;周期律表のグループIVa、Va及びVIaに属する金属の炭化物及び窒化物、並びにこれらの組合せから選択された材料を含む。1つの実施形態では、加熱素子16は、CTEが基板(又は基板のコーティング層)のCTEに密接に一致する材料を含む。
図9A−9Bに示す実施形態では、加熱素子は約5ミクロンから約250μmの範囲の厚さを有する薄膜電極16を含み、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、及びレーザー表面合金化を含む、当該技術分野で公知のプロセスによって電気絶縁ベース基板18(図9Bの)又はコーティング層19(図9Aの)上に形成される。1つの実施形態では、薄膜電極16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16は、貴金属又は貴金属合金を含む。更に別の実施形態では、電極16は熱分解グラファイトを含む。
1つの実施形態では、電極のシート抵抗は、電極パターンの経路間の最適経路幅及びスペースを維持しながら電極に対する電気抵抗要件を満たすように0.01から0.03Ω/スクエアの範囲内に抑制される。シート抵抗は、薄膜厚さに対する電気抵抗の比で定義される。
図9A及び図9Bでは、装置10は、エッチング抵抗があり、ハロゲンを含む環境下又はプラズマエッチング、反応性イオンエッチング、プラズマ洗浄、及びガス洗浄に曝したときに低エッチング率を有する保護コーティング薄膜25で更に覆われる。1つの実施形態では、保護コーティング層25は、ハロゲン含有環境下で1分間当たり1000オングストローム(Å/min)よりも小さなエッチング率を有する。第2の実施形態では、エッチング率は、1分間当たり500オングストローム(Å/min)よりも小さい。第3の実施形態では、エッチング率は、1分間当たり100オングストローム(Å/min)よりも小さい。
1つの実施形態では、保護コーティング層25は、25℃から1000℃の範囲の温度で2.0×10−6/Kから10×10−6/Kまでの範囲のCTEを有する、B、Al、Si、Ga、Y、耐熱性硬金属、遷移金属、及びこれらの組合せから成るグループから選択された元素の少なくとも1つの窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物を含む。
第2の実施形態では、保護コーティング層25は、NZP構造を有する高温安定化リン酸ジルコニウムを含む。NZPという用語は、NaZr(PO並びに同じ結晶構造を有する関連の同形構造リン酸塩及びケイリン酸塩を意味する。1つの実施形態ではこれらの材料は、アルカリ金属リン酸塩又は炭酸塩、リン酸二水素アンモニウム(又はリン酸二アンモニウム)、及び四価金属酸化物の混合物を加熱することによって調製される。
1つの実施形態では、NZP型コーティング層25は、一般式:(L、M1、M2、Zn、Ag、Ga、In、Ln、Y、Sc)(Zr、V、Ta、Nb、Hf、Ti、Al、Cr、Ln)(P、Si、VAl)(O、C、N)12を有し、式中L=アルカリ、M1=アルカリ土類、M2=遷移金属、Ln=希土類であり、1、m、nの数値は、荷電平衡が維持されるように選択される。1つの実施形態では、NZP型保護コーティング層25は、アルカリ土類酸化物、希土類酸化物、及びこれらの混合物のグループから選択された少なくとも1つの安定剤を含む。実施例は、イットリア(Y)及びカルシア(CaO)を含む。
1つの実施形態では、保護コーティング層25は、元素の周期律表のグループ2a、グループ3a及びグループ4aの元素から成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。本明細書で言及するグループ2aは、Be、Mg、Ca、Sr及びBaを含むアルカリ土類金属元素を意味する。本明細書で言及するグループ3aは、Sc、Y又はランタノイド元素を含む。本明細書で言及されるグループ4aは、Ti、Zr又はHfを含む。コーティング層25として用いるための好適なガラスセラミック組成物の実施例は、限定ではないが、ランタン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。
1つの実施形態では、保護コーティング層25は、SiOの混合物、及びY、Sc、La、Ce、Gd、Eu、Dy、又は同様のものの酸化物、或いはこれらの金属の1つのフッ化物、若しくはイットリウム−アルミニウム−ガーネット(YAG)を含むプラズマ抵抗材料を含む。このような金属の酸化物の組合せ、及び/又はアルミニウム酸化物との金属酸化物の組合せを用いることができる。第3の実施形態では、保護コーティング層25は、酸素を除く金属原子の原子比率に関して、グループ2a、グループ3a又はグループ4aの元素の1原子%から30原子%、及びSi元素の20原子%から99原子%までを含む。1つの実施例では、層25は、Si元素の20原子%から98原子%まで、Y、La又はCe元素の1原子%から30原子%まで、及びAl元素の1原子%から50原子%までを含むアルミノシリケートガラスと、Si元素の20原子%から98原子%まで、Y、La又はCe元素の1原子%から30原子%まで、及びZr元素の1原子%から50原子%までを含むジルコニアシリケートガラスとを含む。
別の実施形態では、保護コーティング層25は、Y−Al−SiO(YAS)に基づき、1600℃よりも低い融点、及び884℃から895℃までの狭い範囲のガラス遷移温度(TG)において25重量%から55重量%までの範囲のイットリア含有量を有し、隣接基板のCTEと一致するようにCTEを調節するために付加された任意選択のドーパントを有する。ドーパントの実施例は、ガラスのCTEを増大させるBaO、La、又はNiO、ガラスのCTEを減少させるZrOを含む。更に別の実施形態では、保護コーティング層25は、BaO−Al−B−SiOガラスに基づき、ここで基板のCTEに好適に一致するようにガラスのCTEを調節するために、La、ZrO、又はNiOが任意選択的に付加される。1つの実施例では、コーティング層25は、30−40モル%BaO、5−15モル%Al;10−25モル%B、25−40モル%SiO;0−10モル%のLa;0−10モル%ZrO;0−10モル%NiOを含み、モル比B/SiOは、0.25から0.75までの範囲である。
保護コーティング層25は、耐食性又はエッチング抵抗に対してどのようにも悪影響を及ぼすことなく、窒素、酸素及び/又は水素等の低濃度他の非金属元素に対応することができる。1つの実施形態では、コーティング層は、水素及び/又は酸素の最大約20原子パーセント(原子%)まで含む。別の実施形態では、保護コーティング25は、最大約10原子%までの水素及び/又は酸素を含む。
保護コーティング層25は、熱/フレーム溶射、プラズマ放電溶射、スパッタリング(特にガラス基組成物向け)、拡大熱プラズマ(ETP)、イオンメッキ、化学蒸着(CVD)、プラズマ化学気相成長法(PECVD)、金属有機化学気相成長法(MOCVD)(有機金属化学気相成長法(OMCVD)とも呼ばれる)、有機金属気相エピタキシー(MOVPE)、スパッタリングのような物理蒸着プロセス、反応性電子線(e−ビーム)蒸着、及びプラズマ溶射を含む、当該技術分野で公知のプロセスによってウェーハ加工装置上に堆積される。例示的プロセスは、熱溶射、ETP、CVD、及びイオンメッキである。
保護コーティング層25の厚さは、例えば、CVD、イオンメッキ、ETP等使用される用途及びプロセスに応じて変わり、用途に応じて1μmから数百μmまで変化する。
最適電極パターン設計
ウェーハ加工装置の加熱素子の電極パターン設計は、温度変化率、動作温度、及び最も重要な温度均一性として定義される、加熱ユニットの性能に直接影響を与える。1つの実施形態では、ウェーハ加工装置電極は、タブ及びスルーホール、ピンホール、支持ホール等のような設計変数に適合する、高均一加熱及び最小局在化不均一条件として設計される。均一加熱によって、ウェーハが置かれることになる表面域の温度変化は、1つの実施形態では600℃以上の動作温度を有するヒータでは5℃以下に、第2の実施形態では3℃以下に制限されることを意味する。温度変化は、ウェーハ表面域上の最大温度点と最低温度点との間の差を意味する。
典型的なウェーハ加工装置では、局所的コールドエリアは、電極による熱が発生しない事に起因して、例えば、接触域、電気接続部、及びスルーホールの周囲等のヒータ表面上で生じる可能性がある。本発明の1つの実施形態では、電極は、これらの区域の近傍又は周囲でより多くの熱を発生させることにより熱損失を補償するように設計され、大きな曲率又は急峻なコーナが従来技術の加熱素子パターンで生じる位置で過剰補償及び電流濃度に起因する代表的な局所ホットスポットのない最大温度均一性をもたらす。最適設計の別の実施形態では、加熱素子の抵抗は、より高い効率に対して、特により高い動作温度又はより高い電力が必要とされる時に電源インピーダンスに密接に一致する。
必要な温度均一性を達成するための1つの実施形態では、電極によって発生した出力密度が、ヒータの熱伝達境界条件によって定められた熱損失に一致するように電極パターンが設計される。典型的な熱伝達境界条件の実施例は、ヒータの付加的なエッジ熱損失である。本発明では、熱損失は、ヒータの他の機能要件を満たすために、限定ではないが、ホール、ヒータのエッジ上のタブ、電極に対する接点、又は基板内のインサートを含むヒータの機能部材による熱損失を考慮し、ヒータのエッジ近傍に高出力密度を提供することによって対処される。
熱損失問題の他に、タブ、スルーホール、その他等の機能部材に隣接する領域で応力集中が高くなる場合があり、ここでは、電極パターン経路幅が変化し、温度を均一にするために急峻な転向を伴う。応力集中はまた、これらの領域内及び周囲の局所的な高い温度勾配によって一層悪化する。本発明の1つの実施形態では、電極パターンは、製造プロセス中の電極パターンの上方コーナの半径を増大させることによって最適化され、従って、オーバーコート層25内のクラック及び剥離に起因する動作下流側での発生する恐れのある障害を回避するために応力集中を軽減させる。
本発明の最適電極設計の実施形態は、各図を参照して更に以下に例証される。
図1は、本発明の1つの実施形態の構成を示す概略図であり、最適電極パターン1を有するヒータの平面図である。図示するように、加熱抵抗器に対して2つのゾーン、すなわち内部ゾーン2と外部ゾーン3とがある。電極パターンの複数のゾーンは、周辺エッジ熱損失を補償し、ヒータの半径方向の温度均一性を良好に制御するのに役立つ。電源は、2つの内部ゾーン接点4を介した内部ゾーン2への電極と2つの外部ゾーン接点5とにそれぞれ接続される。更に、ヒータプレートはまた、ウェーハ加工装置用のタブ8及びタブ9の6つの支持ホール6並びに3つのリフトピンホール7を含む。
図では、接点4及び5並びにスルーホール6及び7の形態の機能部材は、円形である。しかしながら、これらは、機能、位置、及びヒータ用途に応じてあらゆる好適な幾何形状のものとすることができる。機能部材の各々の最短寸法は、図に示すように円形の機能部材の直径又はタブの幅である「X」で定義される。セグメントは、電極経路上の位置を意味する。
図2は、図1の部分セクションの概略図であり、電気出力が接触域4を通って内部ゾーンに印加される内部ゾーン接触タブの周辺エッジにおける回路パターンを示す。図示するように、最も外側の経路Dは、付加的な周辺エッジ熱損失を補償するために、ヒータのエッジから更に離れた幅Hの0.6から0.95の縮小幅を有する。接触域4に発生する熱はほとんどなく、接触端子からのヒートシンクによる熱損失の方がより大きい。より少ない熱発生とより多くの熱損失を補償するために、接触域に電極が接続される電極経路幅Aを縮小することで最適回路パターンによってより多くの熱が与えられる。本発明の1つの実施形態では、電極経路Aの少なくとも1つのセグメントは、電極経路Bの幅の0.45から0.80の幅サイズを有し、ここでBは、1つの実施形態では、接触ホール4のエッジから少なくとも1X離れた位置、別の実施形態では、少なくとも3X離れた位置で接点につながる経路幅である。本明細書で用いられるように、電極経路Aの少なくとも1つのセグメントは、1つの実施形態では、接触ホール4のエッジから2X内にあり、別の実施形態では接触ホール4のエッジの1X以内にある任意の位置を指す。
図3は、図1の最適電極パターンの1つの実施形態の別の部分セクションの概略図であり、比較的大きな接触タブ用の電極パターンを示す。タブは、ヒータの周辺エッジから延びるヒータの機能構成部品である。図示するように、接触タブ9を通って追加の熱損失を補償するために、接触タブ9にある電極の最も外側の電極経路幅Cは、局所的熱発生をより多くするために狭められる。1つの実施形態では、通常の経路幅Dに対する幅Cの比率は、0.50から0.95までの範囲にある。第2の実施形態では、C:Dの比率は、0.60から0.75までの範囲内にある。Dは、タブのエッジから少なくとも3Xの距離でタブにつながる電極経路の幅であり、Xはタブの幅である。電極経路の縮小により、接触タブにおけるヒートシンクに起因する熱損失を補償するように、より多くの熱を発生させることが可能になる。
図4は、図1の部分セクションの更に別の概略図であり、外部ゾーンにおける接触タブの回路パターンを示す。図において、電気出力は、接触域5を通って外部ゾーンへ伝導される。最適設計で示すように、電極経路(斜線部分)10は、2つの接点の中央に向かい、次いで接点の周りに延びて、接触域に必要なより多くの熱を発生させる。
図5A及び図5Bは、図1の部分セクションの概略図であり、ヒータのタブ上に設置された支持ホールの電極パターンを示す。図では、接触タブ8上のホール6の経路幅F及び経路幅Eは両方とも、より多くの熱を発生するためにこれらのそれぞれの通常の経路幅C及びDから縮小されている。C及びDそれぞれは、支持ホール6のエッジにつながる最小3Xの距離で測定される。
1つの実施形態では、F:C及びE:Dの比率は、0.40から0.75の範囲にある。第2の実施形態では、F:C又はE:Dの比率は、0.50から0.65の範囲である。従って、本発明の最適設計では、ホールにおけるコールドスポットは、ホール域への熱伝導及びヒータ厚さによる熱拡散により排除される。
本明細書で比率が用いられるE又はFの幅は、E又はFのあらゆるセグメントの幅を指し、そのセグメントは、1つの実施形態ではホールのエッジから2X以内であり、別の実施形態では1X以内である電極経路E又はFのあらゆる位置を意味する。
図6A及び図6Bは、図1の更に部分的セクションの概略図であり、リフトピンホール7の周囲の電極パターン設計を示す。図6Aは、電極パターンの中間のリフトホール7を示す。ホール7が電極パターンの中間にある場合、電極経路はホールに集まり、反対方向に戻るように最適化され、これには以下:a)通過する電極経路の空間制限に起因する極めて狭い電極経路幅によって生じたより大きなホールの周りのホットスポットが回避されること、及び、b)最適温度均一性を達成することができるようにホールの周りの経路幅又は出力密度を調節するフレキシビリティを提供することといった利点がある。図に示すように、電極経路は、図6Aの経路幅G及び図BのIを調節するフレキシビリティを可能にするように配置され、幅縮小比率は、ホールの位置及びサイズによって決まる。
リフトホール7が経路屈曲のコーナ近くに設置される場合の1つの実施形態では、通常経路幅Hに対する縮小幅の比率は、0.35から0.70の範囲にある。Hは、リフトホール7のエッジから少なくとも3Xの距離で、リフトホール7につながる電極経路の幅である。第2の実施形態では、比率G:Hは0.45から0.65までの範囲にある。
ピンホール7が経路屈曲のより中央に向いた1つの実施形態では、通常幅Hに対する縮小幅Iの比率は、0.30から0.60までの範囲にある。第2の実施形態では、比率I:Hは0.40から0.50までの範囲にある。
本明細書で比率を用いるG又はIの幅は、G又はIのあらゆるセグメントの幅を指し、そのセグメントは、1つの実施形態ではホールのエッジから2X以内であり、別の実施形態ではホールのエッジから1X以内である電極経路G又はIのあらゆる位置を意味する。
図7は、平行経路上に電気抵抗平衡を有する、回路パターンの第2の実施形態の構成を示す概略図である。図では、内部電極は、全電気抵抗に対して設計要件を満たすように平行に2つの経路21及び22を有する。両平行経路は、両カバー域に対し等しい入力密度を可能にするようにほぼ等しい抵抗を有し、従って温度均一性を達成する。両経路の等しい抵抗は、両経路が集まる2つの平行経路の隣接位置の少なくとも1つを調節することによって実現され、これが図のライン23である。経路21によってカバーされる右上域が、経路22によってカバーされる区域よりも熱い1つの実施形態では、均一温度に到達するまで経路21の電気抵抗を増加させ、経路22の電気抵抗を減少させるようにライン23は反時計回りに回転される。
通常のヒータでは、電極の平行経路は、これらの電気接触位置に起因して互いに対称的ではなく、同一でもない。平行経路内に平衡電気抵抗を有する平行経路設計のヒータの1つの実施形態では、電極の電気抵抗は、より高効率のために典型的な電源のインピーダンスに整合するよう最適化される。更に、2つの経路が反対方向から集まる場合、少なくとも1つの位置を調節することによる2つの平行経路の相対平衡抵抗(又は等抵抗)により、ウェーハ基板の均一な温度及び加熱が可能となる。
裏面に最適電極パターンを有するセラミックヒータの上面のコンピュータシミュレーション、すなわち有限要素解析(FEA)熱的モデリングにおいて、ウェーハが設置されることになる表面域の温度変化は、600℃の動作温度を有するヒータでは2℃以下に制限される。
本明細書は、本発明を開示し、同様に当業者が本発明を実施し使用することができる、最良の形態を含む実施例を用いている。
加熱抵抗器の回路パターンのための本発明の1つの実施形態の構成を示す概略図である。 内部ゾーンの接触タブの回路パターンを示す図1の部分断面の概略図である。 接触タブの電極パターンを示す図1の別の部分セクションの概略図である。 外部ゾーンの接触タブの回路パターンを示す図1の部分セクションの更に別の概略図である。 ヒータのタブ上に配置された支持ホールの電極パターンを示す図1の部分セクションの概略図である。 リフトピンホールの周囲の電極パターン設計を示す図1の部分セクションの概略図である。 平行経路上に電気抵抗平衡を有する回路パターンの第2の実施形態の構成を示す概略図である。 ウェーハ又は基板処理装置の1つの実施形態を示す斜視図である。 様々な層構成を有する図9の基板処理装置の種々の実施形態の断面図である。
符号の説明
1 … 電極パターン
2、3 … ゾーン
4、5 … 接点
6、7 … ホール
8、9 … タブ
10 … 装置
12 … セラミック
13 … 上面
15 … 端子
16 … 加熱抵抗器、加熱素子
18 基板
19 … オーバーコート層
21、22 … 経路
23 … 線
25 … 層
A、B、C、D、E、F、G、H、I … 経路幅
W … ウェーハ

Claims (12)

  1. 上面がウェーハ支持面として機能する円板状基板と、該円板状基板内に含まれる導電性電極とを備えるウェーハ加工装置であって、
    前記上面が、最短寸法Xを有する少なくとも1つの機能部材を含み、前記機能部材は電気接点、タブ、インサート、及びスルーホールのうちの1つであり、
    前記導電性電極が所定のパターンの構成経路を有し、該電極が、ウェーハ支持表面上に配置されたウェーハを加熱するための外部電源に接続されており、
    前記機能部材の1Xの距離内で、前記導電性電極の少なくとも1つのセグメントが、前記機能部材から少なくとも3Xの距離にある前記導電性電極のセグメントの電極経路幅の0.2から0.95までの縮小経路幅を有することを特徴とするウェーハ加工装置。
  2. 前記導電性電極が、少なくとも2つの加熱ゾーン、内部経路、及び外部経路を定め、前記外部経路内の電極が、前記内部経路内の電極の平均幅の0.60から0.95までの平均幅を有することを特徴とする請求項1のウェーハ加工装置。
  3. 前記上面が、少なくとも1つの電気接点を含み、接触域の近くに十分な空間がある場合、前記電気接点から1Xの距離内の前記導電性電極が、前記接点の一方側から該接点の周りを回って前記接点に接続され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ウェーハ加工装置。
  4. 前記上面が少なくとも1つの電気接点を含み、前記電気接点から1X内の距離にある導電性電極の少なくとも1つのセグメントが、前記電気接点から少なくとも3Xの距離にある前記電極のセグメントの幅の0.45から0.8までの縮小経路幅を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの請求項のウェーハ加工装置。
  5. 前記上面が円板状基板の1つの周辺エッジから延びる少なくとも1つのタブを含み、前記タブから1X内の距離にある導電性電極の少なくとも1つのセグメントが、前記タブから少なくとも3Xの距離にある電極経路のセグメントの幅の0.5から0.95までの縮小経路幅を有することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかの請求項のウェーハ加工装置。
  6. 前記上面が少なくとも1つのスルーホールを含み、前記スルーホールから1X内の距離にある導電性電極の少なくとも1つのセグメントが、前記スルーホールから少なくとも3Xの距離にある電極経路のセグメントの幅の0.4から0.75までの縮小経路幅を有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかの請求項のウェーハ加工装置。
  7. ウェーハ表面域上の最高温度点と最低温度点との間の差が、少なくとも600℃の動作温度を有するヒータにおいて5℃よりも小さいことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかの請求項のウェーハ加工装置。
  8. 前記円板状基板が、
    a)グラファイト、耐熱金属、遷移金属、希土類金属及びこれらの合金の少なくとも1つを含むベース基板と、
    b)Al、B、Si、Ga、耐熱性硬金属、遷移金属、及びこれらの組合せから成るグループから選択された元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の少なくとも1つを含む、前記ベース基板上に堆積された電気絶縁層と、
    c)B、Al、Si、Ga、耐熱性硬金属、遷移金属、及びこれらの組合せから成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、酸窒化物の少なくとも1つを含む少なくとも1つのオーバーコート層と、
    を備えた多層基板であり、
    前記電気絶縁層上に導電性電極が堆積され、前記導電性電極の熱膨張係数(CTE)が、前記電気絶縁層及び前記オーバーコート層のそれぞれの熱膨張係数の0.75から1.25倍までの範囲であり、
    前記導電性電極が、グラファイト、高融点金属合金、貴金属、及び貴金属合金の1つを含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかの請求項のウェーハ加工装置。
  9. 前記多層基板が更に、Al、Si、耐熱金属、遷移金属、及びこれらの組合せから選択された元素の窒化物、炭化物、酸化物、酸窒化物の少なくとも1つを含む結合層を含み、
    前記結合層が、前記ベース基板上に堆積され、前記ベース基板と前記電気絶縁層との間に配置されることを特徴とする請求項8のウェーハ加工装置。
  10. 前記円板状基板が、
    a)Al、B、Si、Ga、耐熱性硬金属、遷移金属、及びこれらの組合せから成るグループから選択された元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の少なくとも1つを含むベース基板と、
    b)Al、B、Si、Ga、耐熱性硬金属、遷移金属、及びこれらの組合せから成るグループから選択された元素の酸化物、窒化物、酸窒化物の少なくとも1つを含む、前記ベース基板上に堆積された電気絶縁層と、
    c)B、Al、Si、Ga、耐熱性硬金属、遷移金属、及びこれらの組合せから成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、酸窒化物の少なくとも1つを含む少なくとも1つのオーバーコート層と、
    を備えた多層基板であり、
    前記電気絶縁層上に導電性電極が堆積され、前記導電性電極の熱膨張係数(CTE)が、前記電気絶縁層及び前記オーバーコート層のそれぞれの熱膨張係数の0.75から1.25倍までの範囲であり、
    前記導電性電極が、グラファイト、高融点金属合金、貴金属、及び貴金属合金の1つを含むことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかの請求項のウェーハ加工装置。
  11. 上面がウェーハ支持面として機能する円板状基板と、該円板状基板内に含まれる導電性電極とを備えるウェーハ加工装置であって、
    前記上面が、最長寸法Xを有する少なくとも1つの機能部材を含み、前記機能部材が電気接点、タブ、インサート、及びスルーホールのうちの1つであり、
    前記導電性電極が、ある抵抗測定値を各々有する少なくとも2つの平行経路各々を定める所定のパターンの構成経路を有し、該経路の抵抗差が1%よりも小さいことを特徴とするウェーハ加工装置。
  12. 前記経路の抵抗差が、2つの経路が反対方向から集まる少なくとも1つの位置を調節することによって1%よりも小さく維持されることを特徴とする請求項11の請求項のウェーハ加工装置。
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