JP2019533309A - 熱接触が制御された加熱装置 - Google Patents

Abstract

加熱面に対し、より均一な熱及び温度分布を促進する構成を有するヒーターアセンブリを提供する。本明細書に開示されるヒーターアセンブリは、加熱素子を含む底板と、基板を加熱するための上面及び底板と接触する下面を有する天板とを含む。上側の板は、上側の板と下側の板との間の接触点を画定する表面トポグラフィを有する下面を備えている。【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年９月３０日に出願された米国特許出願第１５／２８１，６０５号に基づき、優先権及びその利益を主張する。この米国特許出願の開示は、参照により、その全体が本明細書に援用される。

本発明は、ヒーターアセンブリに関する。特に、本発明は、限定はしないが、半導体処理装置内で半導体ウエハを加熱することを含む、多種多様な用途に適したヒーターアセンブリ構成に関する。

多くの半導体プロセスは通常、真空環境で実施され、すなわち、内部に配置されたウエハ基板（複数可）を支持するためのアセンブリを含む密閉チャンバ内で実施される。半導体プロセスにおいて、加熱装置は通常、セラミックの支持体を含む。セラミックの支持体は、その内部に支持体を加熱するための電極を有する場合があり、さらに、ウェハ又は基板をセラミックの支持体に対して静電気で固定するための電極、すなわち、静電チャック又はＥＳＣ（時々サセプタと呼ばれることもある）を有する場合がある。チャンバ内では、堆積、エッチング、注入、酸化等のような半導体デバイス製造プロセスを実施することができる。堆積プロセスの一例は、スパッタ堆積として知られる物理気相成長（ＰＶＤ）プロセスである。ＰＶＤプロセスでは、ウェハ基板上に堆積されることになる材料から一般に構成されるターゲットは、チャンバの上部に通常固定されたウェハ基板の上方に支持される。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のようなガスから形成される。ターゲットは、バイアスをかけられ、プラズマ内のイオンをターゲットに向かって加速させる。プラズマのイオンは、ターゲット材料と相互作用し、材料の原子をスパッタ除去し、チャンバを通ってウェハに向かって移動させ、集積回路（ＩＣ）に加工されている半導体ウェハの表面に再堆積させる。他の堆積プロセスとしては、限定はしないが、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、高密度プラズマ化学気相成長法（ＨＤＰ−ＣＶＤ）、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）、準大気圧化学気相成長法（ＳＡＣＶＤ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線蒸着法（ＭＢＥ）などが挙げられる。

上記のプロセスの幾つかにおいては、支持体を加熱することによってウェハを加熱することが望ましい。堆積、エッチング、注入等される材料の化学反応速度は、ウエハの温度にある程度左右される。ウェハの表面にわたる堆積、エッチング、注入等の望ましくない不均一性は、その領域にわたるウェハの温度が大きく変動しすぎると、容易に生じる可能性がある。大抵の場合、堆積、エッチング、注入は、ほぼ完全な程度まで均一であることが非常に望ましい。そうでなければ、ウェハ上の様々な場所に製造されるＩＣが、望ましいよりも標準から逸脱した電子特性を有することになるからである。

成形非球面レンズは、その低コストと優れた性能により、一般消費者向けカメラ、カメラ付き携帯電話、及びＣＤプレーヤーに、一般的に使用されている。それらは、レーザーダイオードコリメーションや、光ファイバーに入出力される光の結合にも、一般的に使用されている。ガラス塊を成形して非球面レンズを製造する際には、一対の金属製又はセラミック製の型が使用される。この方法では、ガラス塊の温度が６００℃に達し、ガラス塊が軟化するまで、複数のヒーターを使用して型を加熱する。半導体処理チャンバの場合と同様に、型は均一に加熱され、型の温度は厳密に制御されることが望ましい。

ウェハや成形レンズのような基板の温度を制御するために、様々な試みが行われてきた。半導体プロセスの一例では、ウェハの底面とウェハを固定するＥＳＣの上面との間の単一の薄い空間内に、不活性冷却ガス（ヘリウムやアルゴンなど）を単一の圧力で入れる。この方法は、背面ガス冷却と呼ばれる。ゾーン冷却の必要性に対処するためのさらに別の方法は、冷却ガスの圧力を変化させて熱輸送を増大及び微調整する、冷却ガスの使用である。

米国特許出願公開第２００６／０１４４５１６Ａ１号は、接着剤の使用、すなわち、金属プレート及びヒーターを温度制御された台座の上面に接着する第１の接着剤の層、及び、誘電材料の層を金属プレートの上面に接着する第２の接着剤の層の使用によって、基板の温度を制御する。これらの接着剤は、様々な外部プロセス条件下で熱パターンを維持することを可能にする物理的特性を有する。

半導体デバイス製造におけるウェハの処理中に、及び類似の処理における他の基板に対し、基板に比較的均一な温度分布を提供する加熱装置、及びその上に置かれた基板の温度を制御する方法の必要性が、依然として存在する。

以下に提示するものは、幾つかの態様の基本的な理解を提供するための本開示の概要である。この概要は、キーとなる要素すなわち重要な要素を特定することを意図するものではなく、実施形態や特許請求の範囲の限定を定義することを意図するものでもない。なお、この概要は、幾つかの態様の簡略化された概要を提供することができ、簡略化された概要は、本開示の他の部分でさらに詳しく説明される場合がある。

加熱面にわたる温度分布を制御し、または加熱面にわたる実質的に均一な温度分布を提供するのに適したヒーターアセンブリを提供する。このヒーターアセンブリは、天板と、加熱素子を含む底板とを含む。特に、天板と底板との間の接触点を制御することによって、加熱面の温度分布を設定、及び制御することができることが分かっている。本明細書の種々の態様によれば、天板又は底板の表面に接触点及び非接触領域を設けることにより、天板と底板との間の接触点を制御することができる。

一態様では、加熱素子を含む底板であって、前記床板が上面を画定している、底板と、前記床板上に配置された天板であって、前記天板が、（ｉ）加熱される基板を支持するための上面と、（ｉｉ）下面とを有する、天板とからなる加熱装置を提供する。前記底板の前記上面又は前記天板の前記下面は、他方の板との複数の接触点及び複数の非接触領域を画定する表面トポグラフィを含む。

一実施形態において、前記表面トポグラフィは、前記天板の前記底面から延びる複数の突起部によって画定される。

一実施形態において、前記複数の突起部は、円柱部、円錐部、角錐部、角錐台部、円環部、又はこれらのうちの２以上の組み合わせから選択される。

一実施形態において、前記複数の突起部は、複数の円環部から選択される。一実施形態において、前記円環部は、それぞれ異なる外周を有し、前記円環部は、入れ子配置を成すように配置され、前記非接触領域は、隣り合う円環部間の空間によって画定される。一実施形態において、前記円環部は、三角形、円形、楕円形、長方形、五角形、六角形、七角形、又は八角形の形状である。一実施形態において、前記表面は、２〜２０個の円環部を含む。

先に記載した何れかの実施形態による加熱装置の一実施形態において、前記底板は、その中に配置された熱伝導性材料をさらに含む。一実施形態において、前記インサートは、グラファイト材料から選択される。一実施形態において、前記グラファイト材料は、熱分解グラファイト材料から選択される。一実施形態において、前記熱分解グラファイト材料は、その表面が金属化されている。

先に記載した何れかの実施形態による加熱装置の一実施形態では、前記非接触領域の少なくとも一部に、熱伝導性材料が配置される。

先に記載した何れかの実施形態による加熱装置の一実施形態において、前記天板及び前記底板は、金属、金属合金、又はセラミック材料から相互関係なく選択された材料から形成される。

先に記載した何れかの実施形態による加熱装置の一実施形態において、前記天板及び前記底板は、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、チタン、インジウム、マグネシウム、スズ、銀、又は亜鉛から選択された金属から形成される。

別の態様では、先に記載した何れかの態様又は実施形態の加熱装置を製造する方法を提供する。一実施形態において、この方法は、（ｉ）基板を支持するための上面と下面とを画定している天板を、（ｉｉ）上面を有する底板、及び前記天板内に配置された加熱素子と関連付けることを含む。前記天板と前記底板との間に、複数の接触点及び非接触領域を画定する境界面が設けられる。

一実施形態において、前記表面トポグラフィは、機械加工、エッチング、又は型押し加工によって提供される。

一実施形態において、前記天板と前記底板は互いに機械的に固定されている。

一実施形態において、前記接触点及び前記非接触領域は、前記底板の前記上面にろう付け材料を設け、前記天板の前記下面に複数の突起部を設け、前記装置を加熱して、前記複数の突起部を前記天板の前記上面に接着させることによって設けられる。

さらに別の態様では、加熱素子を含む底板であって、前記底板が、アルミニウム材料から形成され、上面を画定しており、熱伝導性材料を含む、底板と、前記底板上に配置された天板であって、前記天板が、（ｉ）加熱される基板を支持するための上面と、（ｉｉ）下面とを有する、天板とからなる加熱装置を提供する。前記天板の前記下面は、複数の突起部によって画定された表面トポグラフィを含み、前記突起部は、前記加熱装置の中心から半径方向に拡大する一連の同心円環状に配置されている。

以下の説明及び図面は、種々の例示的態様を開示している。改良点及び新規な態様は、明白に特定されるものもあるが、説明及び図面から明らかであるものもある。

添付の図面は、様々なシステム、装置、デバイス、及び関連する方法を示している。これらの図面では、全体を通して、同様の参照文字は同様の部分を指している。
本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリの断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリの天板の底面図である。 図２Ａの天板を用いたヒーターアセンブリの断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリの天板の底面図である。 図３Ａの天板を備えたヒーターアセンブリの断面図である。 異なる形状の突起部を有する図３Ａの天板の代替実施形態を用いたヒーターアセンブリの断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリ用の天板の底面図である。 図４Ａの天板を用いたヒーターアセンブリの断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリ用の天板の底面図である。 図６Ａの天板を用いたヒーターアセンブリの断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリ用の天板の底面図である。 図６Ａの天板を用いたヒーターアセンブリの断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリ用の天板の底面図である。 図３Ａの天板を用いたヒーターアセンブリの断面図である。 図３Ａの天板の代替実施形態を用いたヒーターアセンブリの断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリを形成する態様を示す断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリを形成する態様を示す断面図である。 本明細書に開示された一実施形態によるヒーターアセンブリを形成する態様を示す断面図である。 比較例１に記載のヒーターアセンブリの温度加熱プロファイルを示す図である。 比較例１に記載のヒーターアセンブリの温度加熱プロファイルを示す図である。 比較例１に記載のヒーターアセンブリの温度加熱プロファイルを示す図である。 比較例１に記載のヒーターアセンブリの温度加熱プロファイルを示す図である。 実施例１の天板の底面図である。 実施例１の天板を用いたヒーターアセンブリの温度プロファイルを示す図である。 実施例１の天板を用いたヒーターアセンブリの温度プロファイルを示す図である。 実施例２の天板の底面図である。 実施例２の天板を用いたヒーターアセンブリの温度プロファイルを示す図である。 実施例２の天板を用いたヒーターアセンブリの温度プロファイルを示す図である。

次に、例示的実施形態を参照する。実施形態の種々の例は、添付の図面に示されている。他の実施形態が使用されてもよく、構造的及び機能的な変更がなされてもよいことを、理解すべきである。さらに、種々の実施形態の特徴を、組み合わせたり変更したりしてもよい。したがって、下記の説明は、例示としてのみ提示され、例示した実施形態に対してなされ得る種々の変更や修正を、何ら制限するものではない。本開示では、多数の具体的詳細から、本開示の十分な理解が得られる。本開示の態様は、本明細書に記載された全ての態様を必ずしも含まない他の実施形態で実施されてもよいものと理解すべきである。

本明細書で使用される場合、「例」及び「例示的」という語は、事例又は実例を意味する。「例」又は「例示的」という語は、重要な又は好ましい態様又は実施形態を示すものではない。文脈が他に示唆しない限り、「又は」という語は、排他的ではなく包括的であることを意図している。例として、「ＡはＢ又はＣを採用する」という語句は、任意の包括的置換（例えば、ＡはＢを採用する；ＡはＣを採用する；又はＡはＢとＣの両方を採用する）を含む。

本明細書で使用される場合、「加熱装置」及び「ヒーターアセンブリ」という用語は、その上に支持された基板の温度を（具体的には、基板の加熱又は冷却により）調整する少なくとも１つの加熱素子及び／又は冷却素子を含む装置を指して使用され、「処理装置」、「ヒーター」、「静電チャック」、「チャック」、又は「加工装置」と交換可能に使用され得る。

本明細書で使用される場合、「基板」という用語は、限定はしないが、本発明の処理装置によって支持／加熱される半導体ウェハやガラスモールドのような関心のある任意の基板を指している。本明細書で使用される場合、「シート」という用語は、「層」と交換可能に使用され得る。

本明細書で使用される場合、「回路」という用語は、「電極」と交換可能に使用され得る。また、「加熱素子」という用語は、「加熱電極」、「電極」、「抵抗器」、「加熱抵抗器」、又は「ヒーター」と交換可能に使用され得る。「回路」という用語は、単数形と複数形の何れの形で使用されてもよく、少なくとも１つの装置が存在することを意味している。

加熱面に対し、より均一な温度分布を提供するように構成されたヒーターアセンブリを提供する。具体的には、１以上の加熱素子を含む底板と、底板上に配置された天板とを有するヒーターアセンブリを提供する。天板は、加熱される基板を支持するための上面を画定している。天板と底板の少なくとも一方は、上側の板の下面と下側の板との間の接触点が低減され、または制限されるように構成されている。天板と底板との間の接触点は、（ｉ）底板に隣接し、及び／又はそこに接触する天板の底面のトポグラフィ、あるいは（ｉｉ）底板に隣接し、及び／又はそこに接触する底板の上面のトポグラフィを制御することによって制限される。天板の下面又は天板の上面のトポグラフィは、天板と底板との間に複数の接触点及び複数の非接触領域を提供するように構成される。

図１を参照すると、ヒーターアセンブリ１００が示されている。ヒーターアセンブリ１００は、シャフト１１０と、ヒーター本体１２０とを含む。ヒーター本体１２０は、ヒーター本体１２０内に配置された加熱素子１３０を含む。ヒーター本体１２０は、上面１５２を画定している。図１の実施形態では、ヒーターアセンブリは、ヒーター本体１２０内に配置されたインサート１４０を含むものとして示されている。図１に示されるように、インサート１４０は、ヒーター本体１２０の凹部内に配置され、ヒーター本体の上面と実質的に同一平面上にある表面を備えている。図１の実施形態、またはインサートがヒーター本体の上面と実質的に同一平面上にある表面を備える同様の実施形態では、ヒーター本体の上面と言った場合、それはインサートによって画定された上面を含む。ヒーター本体１２０は、本明細書では、底板と呼ばれることもある。インサート１４０は、例えば、熱分解グラファイトのような熱拡散材料であってもよい。熱分解グラファイトは、ヒーターアセンブリの縁部に向かって半径方向外向きに熱を拡散させる機能を果たすことができる。別の実施形態では、インサートは、底板内に（すなわち、その表面の下に）埋め込まれる場合がある。理解されるように、ヒーターは、インサートを含まなくてもよい。

ヒーターアセンブリ１００は、ヒーター本体１２０の上に配置された天板１５０をさらに含む。天板１５０は、加熱される基板を支持するための上面１５２と、ヒーター本体の上面と接触する底面１５４とを画定している。本発明の種々の態様によれば、上側の板１５０の底面１５４は、上側の板１５０の底面１５４と底板１２０の上面１２２との間に限られた接触点を提供する表面トポグラフィを有している。

上側の板の底面又は底板の上面の表面トポグラフィは、上側の板の底面と底板の上面との間の（実質的に平坦な表面又は平坦な表面に対する）接触面積を低減し、又は制限する任意の適当な形で提供され、又は構成されることができる。これは一般に、天板の下面又は底板の上面に複数の窪み領域を設けることによって提供することができる。

種々の実施形態では、天板の下面又は底板の上面に、複数の成形された突起部によって画定されたトポグラフィを付与することによって、天板の下面の接触点を減らすことができる。突起部の先端面又は下端面によって、底板と接触することになる天板の表面が画定され、突起部間の窪み領域、空間、又は区域によって、非接触領域が画定される。突起部の形状に特に制限はなく、突起部の形状は、特定の目的又は意図する用途のために、要望に応じて選択されてよい。突起部の適当な形状の例としては、限定はしないが、半球形、円柱形、円錐形、角錐形、角錐台形、又はそれらの２以上の組み合わせが挙げられる。円柱形の突起部は、実質的に平坦な表面及び円柱を画定することができ、円柱の外周は、任意の適当な幾何学的形状であってよく、限定はしないが、楕円形、円形、三角形、長方形、正方形（立方体）、五角形、六角形、七角形、八角形などの形状であってよい。

突起部は、必要に応じて、不規則な配列で配置されてもよいし、規則的配列で配置されてもよい。一実施形態では、突起部は、パターンすなわち非不規則な配列を画定する複数の個別の構造として設けられる場合がある。別の実施形態では、突起部は、板の表面付近に延びる幾何学的パターンを成して配置された細長い構造、すなわち実質的に連続した構造である場合がある。一実施形態において、突起部は、互いに平行に延びる場合があり、すなわち、互いに平行に配置された細長い突起部である場合がある。種々の実施形態において、細長い突起部は、円形、楕円形、長方形、正方形、三角形、五角形、六角形、らせん形、波形、ジグザグパターン等のような表面上のパターン又は幾何学的パターンとして表面に配置される場合がある。パターン又は幾何学的パターンを成して配置された突起部自体の形状は、限定はしないが、立方体、角錐、切頭角錐、半球等を含む上記のような任意の形状であってよい。種々の実施形態において、トポグラフィは、複数の同心幾何学形状（例えば、同じ中心を有する円、正方形、三角形等）を成すように配置された複数の実質的に連続した突起部によって付与される。突起部が同心幾何学的形状を成して延びる細長い突起部である場合、種々の外周を有する複数の突起部を用いることができ、形状を互いに「入れ子」にして表面を画定することができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、複数の突起部により付与された表面トポグラフィを有する天板（図２Ａ）、及びそのような天板を用いたヒーターアセンブリ（図２Ｂ）の一実施形態を示す図である。天板は、天板上に種々の同心円又は同心円環のように配置された複数の連続した突起部（２５６ａ〜２５６ｅ）を含む。これらの突起部により、底板１２０の上面１２２と接触する表面が画定され、同時に、非接触領域を画定する窪み領域２５８（図２Ｂ）が画定される。本明細書で使用される場合、上側の板１２０は、底板の上面と、該当する場合にはインサートの露出面（例えば、インサート１４０の露出面）とを含み、それらによって画定される。

図３Ａ〜図３Ｃは、複数の突起部を用いて、天板と底板との間の接触を低減する天板を提供する別の実施形態を示している。天板３５０の底面は、複数の突起部３５６と、突起部間に画定された非接触領域３５８とを含む。図３Ａの実施形態では、突起部は、規則正しい行の規則正しい配列を成して配置されている。サイズ及び間隔は、上面への熱の流れを制御するために変更されてもよく、さらに、ウェハ上の均一な温度を達成するように最適化されてもよい。図３Ａは、天板３５０の底面図である。この図では、突起部の外周が、円形であるものとして示されている。図３Ｂ及び図３Ｃは、突起部の代替形状を示している。図３Ｂでは、突起部３５６は、円柱形であるものとして示されている。図３Ｃでは、突起部３５６‘は、半球形であるものとして示されている。

図４Ａ及び図４Ｂは、切頭角錐形の突起部４５６を用いた天板４５０の一実施形態を示している。突起部４５６は、規則正しい行の規則正しい配列を成して配置され、突起部間の窪み領域によって、非接触領域４５８が画定されている。突起部４５６の切頭部分により、底板（例えば、底板１２０）との接触点が画定される。

図５Ａ及び図５Ｂは、半球形の突起部５５６を用いた天板５５０の一実施形態を示している。突起部５５６は、空間的に密接するように配置され、表面トポグラフィを画定している。半球形の突起部の頂点によって、上側の板と、底板の表面との間の接触点が提供される。非接触領域は、隣り合う突起部間の窪み領域である。

図６Ａは、天板６５０の下面のトポグラフィを画定する複数の突起部６５６を有する天板６５０の一部又は一区域を示す底面図である。突起部６５６は、天板６５０の底面全体を実質的に覆う個別の角錐形の突起部である。突起部の形状によって、非接触領域が画定される。図６Ｂは、天板６５０を用いたヒーター装置の一部を示す断面図である。天板６５０は、底板１２０と接触している。

図７Ａは、複数の突起部７５６を含む天板７５０を示す底面図である。突起部７５６は、互いに平行に配置された細長い部材である。細長い部材を取り囲む細長い部材と隣接する領域に、非接触領域７５８が設けられている。図７Ｂ及び図７Ｃは、天板７５０を含む加熱装置を示す断面図である。図７Ｂ及び７Ｃは、非接触領域７５８及び７５８‘を画定する異なる形状の突起部７５６及び７５６’を示している。

理解されるように、突起部のサイズ、形状、高さ、数、間隔、及び配置に特に制限はなく、それらは、特定の目的又は意図する用途のために、要望に応じて選択されてよい。例えば、突起部が同心形（例えば、図２Ａに示したような同心円又は同心円環）状に配置される実施形態では、突起部の厚み、突起部の高さ、突起部間の間隔、及び突起部の数は、要望に応じて選択されてよい。突起部の数や間隔を調節することにより、加熱アセンブリの温度分布を制御することができる。突起部のサイズに特に制限はなく、突起部のサイズは、特定の目的又は意図する用途のために、要望に応じて選択されてよい。突起部の深さについても特に制限はなく、突起部の深さは、特定の目的又は意図する用途のために、要望に応じて選択されてよい。種々の実施形態において、突起部の深さ、すなわち高さ（ｈ）は、約０．２ｍｍ〜約１０ｍｍ；約０．５ｍｍ〜約５ｍｍ；又は約１ｍｍ〜約３ｍｍであってよい。

図面は、上側の板の下面が底板との接触点を制限する表面トポグラフィを有するように構成された種々の実施形態を示しているが、加熱装置は、そのような形に限定されない。前述のように、底板の上面に、天板との接触点を制限する表面トポグラフィが付与されてもよい。また、天板の形状も、一般に制限されない。図面は、概して円形の天板を示している。理解されるように、天板及び底板の外周は、要望に応じて、長方形、正方形、三角形、五角形、六角形等のような任意の形状であってよい。

さらに、底板と上側の板との間の境界面（一方の板の突起部と他方の板の表面との間の接触点によって画定される）に、熱伝導性材料を配置することにより、突起部の表面と、突起部が接触する相手方の板の表面との間に、低い熱伝導を確保することができる。熱伝導性材料は、例えば、グラファイト材料（本明細書に詳しく記載されるものを含む）、ろう付け材料、軟質アルミニウム材料、又は金属化グラファイト材料であってよい。

ヒーターアセンブリの天板及び底板は、特定の目的又は意図された用途のために、要望に応じて任意の適当な材料から形成されてよい。一実施形態では、天板及び／又は底板は、高い熱伝導率を有する金属又は合金から形成される場合がある。天板及び／又は底板の材料は、シャフト付きヒーターアセンブリの動作温度範囲に基づいて選択される場合がある。適当な材料としては、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金、鉄又は鉄合金、銅又は銅合金、ニッケル又はニッケル合金、チタン又はチタン合金、インジウム、鉛、マグネシウム、スズ、銀、及び亜鉛などが挙げられる。

天板及び底板のためのさらに別の適当な材料としては、セラミック材料が挙げられる。適当なセラミック材料の例としては、限定はしないが、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｙ、耐火硬質金属、遷移金属、及びそれらの組み合わせからなる群から選択された元素の酸化物、窒化物、炭化物、炭窒化物、及び酸窒化物が挙げられる。一実施形態では、天板及び底板のための材料は、純度９９．７％超のＡｌＮと、Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３及びそれらの組み合わせから選択された焼結助剤とを含む。

ヒーターアセンブリの形状に特に制限はなく、ヒーターアセンブリの形状は、所望の目的又は意図する用途のために、要望に応じて選択されてよい。天板及び底板の形状は、一般に多くの図に円形で示されているが、理解されるように、天板及び底板は、（それぞれの板の外周を画定する）任意の適当な形状を有することができ、限定はしないが、例えば、正方形、長方形、三角形、菱形、台形、五角形、六角形、七角形、八角形等の形状を有することができる。

天板の下面又は底板の上面の突起部及びトポグラフィは、任意の適当な方法で形成することができる。表面トポグラフィは、例えば、機械加工、型押し加工、エッチング等によって形成することができ、所望の部品の表面に表面トポグラフィを付与することにより形成することができる。一実施形態では、天板又は底板は、予め形成された表面トポグラフィを備えている。その後、天板及び底板（そのうちの少なくとも一方は所望の表面トポグラフィを有する表面を含む）は、他方の部品と対合され、限定はしないが、クランプ、ボルト、ねじ、ピン等のような任意の適当な締結具によって、それらは一つに固定される。

一実施形態では、天板の表面トポグラフィ及び接触点は、天板を底板とろう付けすることによって形成される場合がある。図８Ａ〜図８Ｃは、そのような形でヒーター装置を形成する種々の態様を示している。天板８５０、及び底板１２０を用意する。天板８５０は、加熱される基板を支持するための上面８５０と、下面８５４とを有している。下面８５４は、複数の突起部８５６を画定している。底板１２０の上面に、薄いシート状のろう付け材料８８０を配置する（図８Ｂ）。装置をろう付け材料を流動させるのに十分な温度まで加熱し、天板と底板との間の接触点を画定する突起部により画定された領域に、天板の突起部と底板（及び、もしヒーターに用いられている場合はインサート１４０）との間の結合を形成する（図８Ｃ）。

ろう付け材料箔の厚みは、約０．０１ｍｍ〜約１ｍｍ；約０．０２ｍｍ〜約０．５ｍｍ；又は約０．０２５ｍｍ〜約０．１５ｍｍであってよい。ろう付け材料が窪み領域を充填し、突起部間に画定された非接触領域を実質的に減らすことがないようにするために、ろう付け材料の厚みは、一般に、突起部の高さよりも小さくしなければならない。

熱伝導及び熱分散に役立つインサートを用いた実施形態では、インサート（例えばインサート１４０）は、熱分散を助ける任意の適当な材料から選択することができる。一実施形態において、インサートは、グラファイト材料である。グラファイトは、熱を好ましい方向に導く独特の能力を有する異方性材料である。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独特のグラファイト材料であり、微結晶は互いに高度に整列又は配向しており、整然とした炭素層又は高度の好ましい微結晶配向を有している。ＴＰＧは、「高配向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」）と交換可能に使用されることができる。ＴＰＧは、１０００Ｗ／ｍＫを超える面内（ａｂ方向）熱伝導率を有する極めて熱伝導性である一方、面外（ｚ方向）の熱伝導率は２０〜３０Ｗ／ｍＫの範囲内である。一実施形態において、ＴＰＧは、１５００Ｗ／ｍＫよりも大きい面内熱伝導率を有する。

加熱装置の種々の実施形態では、少なくともＴＰＧの層を加熱装置に設けることにより、基板の表面温度の空間制御、及び加熱装置の種々の構成要素の温度差の拡散が可能となり、それによって、加熱素子が不完全性（例えば、不均一な接触面）を有する場合であっても、ターゲット基板の温度を比較的均一にすることができる。運転時には、半導体ウェハ基板又はガラスモールドは通常、少なくとも３００℃の温度まで加熱され、その後、室温まで冷却される。少なくともＴＰＧの埋め込み層を有する加熱装置によれば、加熱／冷却素子と、優れた温度均一性を有する基板との間の効率的熱伝導／冷却が可能になる。

一実施形態において、ＴＰＧ層は、約０．５ｍｍ〜１５ｍｍ（厚みのばらつき（平行度）は０．００５ｍｍ以内）；１ｍｍ〜１０ｍｍ；又は２〜８ｍｍの範囲の厚みを有する。ＴＰＧ層は、それ自体が単一の層として本発明のヒーターに埋め込まれてもよいし、あるいは、金属基板を有するヒーターの一実施形態では、ＴＰＧ層は、密閉型であってもよく、例えば、金属シェル構造内に密閉されたＴＰＧコアであってもよい。密閉型ＴＰＧは、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インコーポレイテッドから、ＴＣ１０５０（登録商標）として市販されている。ＴＰＧは、連続した単一のシートとしてヒーターに組み込まれてもよいし、あるいは、一実施形態では、複数のもっと小さなＴＰＧ部品としてオーバラッピング／モザイク構成でヒーターに組み込まれてもよい。

一実施形態では、ＴＰＧは、定位置に固定され、下にある基板及び／又はそれらが接触するオーバーコートの接着によって単純に、ヒーター内に埋め込まれる。別の実施形態では、ＴＰＧ（純粋なＴＰＧシート形、又は金属ケースに密閉されたＴＰＧコア、あるいは、長方形部品や正方形部品のような小部品サイズの純粋な熱分解グラファイト；ランダムサイズ；「ストリップ」の状態）は、当該技術分野で知られている高温用接着剤、例えばＡｒｅｍｃｏのＣＥＲＡＭＢＯＮＤ（商標）、熱伝導率を有するシリコンボンドを使用して、定位置に接着される。

加熱素子（例えば、加熱素子１３０）は、任意の適当な材料によって提供されてよい。加熱素子は、１以上の電極によって提供されてよい。用途によっては、電極は、抵抗性加熱素子、プラズマ発生電極、静電チャック電極、又は電子ビーム電極として機能する場合がある。電極は、ヒーターの基板内に、上に向かって（ウェハ基板の近くに）埋め込まれてもよいし、底に向かって（ウェハ基板から遠くに）埋め込まれてもよい。加熱素子は、例えば、ニクロム線と、当該抵抗性加熱素子の外周上のマグネシア粉末のような粉末の固化により形成された絶縁体とからなる場合があり、抵抗性加熱素子に電力を供給することで、熱を発生する。一実施形態において、電極は、フィルム電極の形態であり、スクリーン印刷、スピンコーティング、プラズマスプレー、スプレー熱分解、反応性スプレー堆積、ゾルゲル、燃焼トーチ、電気アーク、イオンプレーティング、イオン注入、スパッタリング堆積、レーザーアブレーション、蒸着、電気メッキ、及びレーザー表面合金化のような当技術分野で既知の種々のプロセスによって形成される。一実施形態では、フィルム電極は、高融点の金属、例えば、タングステン、モリブデン、レニウム、白金、又はそれらの合金を含む。別の実施形態では、フィルム電極は、ハフニウム、ジルコニウム、セリウム又はそれらのうちの２以上の混合物の炭化物又は酸化物のうちの少なくとも一方を含む。

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である。熱分解グラファイト（「ＰＧ」）は、化学気相成長法のような当該技術分野で知られている種々のプロセスにより、まずヒーターの台座上に、例えば、熱分解窒化ホウ素被覆グラファイトの台座上に堆積される。その後、熱分解グラファイト（ＰＧ）は、例えば螺旋形や蛇行形等のような所定のパターンに機械加工される。加熱ゾーンの電気的パターン、すなわち電気的に絶縁されたヒーター抵抗経路の形成は、限定はしないが、微細加工、マイクロブレッディング、レーザ切断、化学エッチング、又は電子ビームエッチングのような当該技術分野で既知の種々の技術によって行うことができる。

本発明のヒーターは、多数の異なるプロセスに使用することができ、ガラスモールドを処理するためのプラズマエッチングチャンバや、限定はしないが、原子層エピタキシー（ＡＬＤ）、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）及びプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）のような半導体処理チャンバに使用することができる。

上に記載したものは、本明細書の種々の例を含む。当然ながら、本明細書を説明する目的で構成要素や方法の考えられるあらゆる組み合わせを説明することは不可能である。当業者は、本明細書の多数のさらに別の組合せ及び置換が可能であることを認識することができる。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲の思想及び範囲内に含まれるすべてのそのような代替形態、修正形態、及び変形形態を包含することを意図している。なお、「含む」という語が発明の詳細な説明と特許請求の範囲のいずれかで使用される場合、そのような語は、「からなる」という語が請求項中で遷移語として採用される場合の解釈と同様に、包括的であることを意図している。

次に、本開示の種々の態様を説明する。本発明の種々の態様は、下記の例に関して、より詳細に理解することができる。例は、例示のみを目的としており、本明細書に開示した発明を、材料、あるいは処理パラメータ、処理機器又は処理条件に関して、何ら制限するものではないと理解されるべきである。

比較例１

加熱装置は、アルミニウム製の天板とアルミニウム製の底板とを備えている。天板の輪郭は、描かれておらず、天板の下面全体が、底板の上面と接触している。入力電力は、約１．５ｋＷであり、表面放射率は、約０．３である。図９Ａ及び図９Ｂは、この装置の温度プロファイルを示している。

比較例２

加熱装置は、アルミニウム製の天板とアルミニウム製の底板とを備えている。底板は、２ｍｍのＴＰＧ板を含む。天板は、実質的に平坦な底面を有し、天板の下面全体が、底板の上面（底板の上面、及びＴＰＧ板の上面によって画定される）と接触している。加熱素子は、図１に示したように底板に埋め込まれている。これらの値は、すべてのサンプルについて、例証のみを目的としている。図１０Ａ及び図１０Ｂは、この加熱装置の温度プロファイルを示している。ＴＰＧ板を用いることにより、この加熱装置は、比較例１のアセンブリと比べて３９．９％の温度低下を有する。

実施例１

加熱装置は、アルミニウム製の天板とアルミニウム製の底板とを備えている。天板は、同心円環部として設けられた３つの突起部を有するように構成されている。円環部は、厚み０．５ｍｍ、高さ０．２５ｍｍを有し、板の中心から１２ｍｍ、９６ｍｍ、及び１４５ｍｍの間隔で配置されている。（図１１）。境界条件はすべて、同じままである。図１２Ａ及び図１２Ｂは、実施例１の加熱装置の温度プロファイルを示している。この加熱装置は、比較例１の加熱装置の温度と比べて８０．２％の温度低下を有する。

実施例２

加熱装置は、アルミニウム製の天板とアルミニウム製の底板とを備えている。底板の上面には、２ｍｍのＴＰＧ板が設けられている。天板は、同心円環部として設けられた５つの突起部を有するように構成されている。円環部は、厚み０．５ｍｍ、高さ０．２５ｍｍを有し、板の中心から１２ｍｍ、３３ｍｍ、６１ｍｍ、８９ｍｍ、及び１１７ｍｍの間隔で配置されている（図１３）。境界条件はすべて、同じままである。図１４Ａ及び図１４Ｂは、実施例２のヒーターアセンブリの温度プロファイルを示している。このヒーターアセンブリは、比較例１の加熱装置の温度と比べて９０．３％の温度低下を有する。

上記の説明は、ヒーターアセンブリの種々の非限定的実施形態を特定している。当業者、及び本発明を製造し、使用することができる者には、種々の修正が思い浮かぶであろう。開示した実施形態は、単に例示を目的としており、本発明の範囲又は特許請求の範囲に記載した主題を限定することを意図するものではない。

Claims (23)

1. 加熱装置であって、
   加熱素子を含む底板であって、前記床板が上面を画定している、底板と、
   前記床板上に配置された天板であって、前記天板が、（ｉ）加熱される基板を支持するための上面と、（ｉｉ）下面とを有する、天板と
   からなり、
   前記底板の前記上面又は前記天板の前記下面が、他方の板との複数の接触点及び複数の非接触領域を画定する表面トポグラフィを含む、加熱装置。
2. 前記表面トポグラフィは、前記天板の前記底面から延びる複数の突起部によって画定される、請求項１に記載の加熱装置。
3. 前記複数の突起部は、円柱部、円錐部、角錐部、角錐台部、円環部、又はこれらのうちの２以上の組み合わせから選択される、請求項２に記載の加熱装置。
4. 前記複数の突起部は、複数の円環部から選択される、請求項３に記載の加熱装置。
5. 前記円環部は、それぞれ異なる外周を有し、前記円環部は、入れ子配置を成すように配置され、前記非接触領域は、隣り合う円環部間の空間によって画定される、請求項４に記載の加熱装置。
6. 前記円環部は、三角形、円形、楕円形、長方形、五角形、六角形、七角形、又は八角形の形状である、請求項５に記載の加熱装置。
7. 前記円環部は、前記円形の形状である、請求項４又は請求項５に記載の加熱装置。
8. ２〜２０個の円環部を含む、請求項４〜６の何れか一項に記載の加熱装置。
9. 前記底板は、その中に配置された熱伝導性材料をさらに含む、請求項１〜８の何れか一項に記載の加熱装置。
10. 前記インサートは、グラファイト材料から選択される、請求項９に記載の加熱装置。
11. 前記グラファイト材料は、熱分解グラファイト材料から選択される、請求項１０に記載の加熱装置。
12. 前記熱分解グラファイト材料は、その表面が金属化されている、請求項１１に記載の加熱装置。
13. 前記非接触領域の少なくとも一部に配置された熱伝導性材料をさらに含む、請求項１〜１２の何れか一項に記載の加熱装置。
14. 前記天板及び前記底板は、金属、金属合金、又はセラミック材料から相互関係なく選択された材料から形成される、請求項１〜１３の何れか一項に記載の加熱装置。
15. 前記天板及び前記底板は、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、チタン、インジウム、マグネシウム、スズ、銀、又は亜鉛から選択された金属から形成される、請求項１４に記載の加熱装置。
16. 加熱装置を製造する方法であって、
    （ｉ）基板を支持するための上面と、下面とを画定している天板を、（ｉｉ）上面を有する底板、及び、前記天板内に配置された加熱素子と関連付けること
    を含み、
    前記天板と前記底板との間に、複数の接触点及び非接触領域を画定する境界面が設けられる、方法。
17. 前記複数の接触点及び非接触領域は、前記天板の前記下面又は前記底板の前記上面に画定された表面トポグラフィによって提供される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記表面トポグラフィは、複数の突起部によって画定される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記表面トポグラフィは、機械加工、エッチング、又は型押し加工によって提供される、請求項１６に記載の方法。
20. 前記天板と前記底板は、互いに機械的に固定されている、請求項１６に記載の方法。
21. 前記接触点及び前記非接触領域は、
    前記底板の前記上面にろう付け材料を設け、
    前記天板の前記下面に複数の突起部を設け、
    前記装置を加熱して、前記複数の突起部を前記天板の前記上面に接着させること
    によって設けられる、請求項１６に記載の方法。
22. 前記底板及び前記天板は、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、チタン、インジウム、マグネシウム、スズ、銀、又は亜鉛から選択された金属を含む、請求項１６に記載の方法。
23. 加熱装置であって、
    加熱素子を含む底板であって、前記底板が、アルミニウム材料から形成され、上面を画定しており、熱伝導性材料を含む、底板と、
    前記底板上に配置された天板であって、前記天板が、（ｉ）加熱される基板を支持するための上面と、（ｉｉ）下面とを有する、天板と
    からなり、
    前記天板の前記下面は、複数の突起部によって画定された表面トポグラフィを含み、
    前記突起部は、当該加熱装置の中心から半径方向に拡大する一連の同心円環状に配置されている、加熱装置。