JP6537964B2 - 抵抗ヒーター - Google Patents

Description

本発明は、グラファイト、ＳｉＣ等のような材料から作製される抵抗ヒーターに関し、より詳細には、例えば、ＣＶＤ（化学気相成長）又は他のコーティング方法を実行する半導体ウェハー処理装置において、半導体ウェハーを直接又は間接的に加熱するのに用いるヒーターに関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１２年３月２０日に出願された「Resistance Heater」と題する米国特許出願第１３／４２４９４７号の利益を主張する。この米国特許出願は、２００９年１月２６日に出願された米国特許出願第１２／３２１２８４号の一部継続出願である。これらの米国特許出願の双方は、参照することによりその全体が本明細書の一部をなす。

従来技術のヒーターの一例が特許文献１に開示されている。このヒーターは、環状又は螺旋状の形態に形成され、厚さよりも幅の方が大きい矩形断面を有する細長いセラミック製本体を用いる。このヒーターは、電気抵抗が低く、そのため、低電圧かつ高電流で動作する電源を用いることが必要とされ、その結果、電源のためのコストが増加する。加えて、このヒーターは、特に高温状態にさらされると、曲がったり、歪んだり、又は変形したりする傾向がある。これにより、ウェハー又は任意の他の物体を均一に加熱して高温で処理することが不可能になる。

従来技術のヒーターの一般的な形状が、本明細書において、接続孔を有する端子端部の拡大図を含む図３に示されている。端子端部が、その端部において幅広で拡大された形状を有する理由は、その部分の過熱を防止するように、この部分において電気抵抗を減少させる必要があることである。しかし、このヒーターを用いると、拡大された端子端部によって加熱パターンの設計がより困難になる場合がある。単純な加熱パターンは、拡大された端子端部を有する従来技術のヒーターによって達成することはできない。

特開２００５−８６１１７号

したがって、本発明は、電気抵抗がより高く、高温状態でもヒーターの変形を防止するように強度が向上されたヒーターを提供する。また、本発明は、ヒーターの端子端部における過剰な発熱を防止するが、端子端部は幅狭で拡大されないままであり、それにより、加熱パターン設計において、より広範な選択を提供する。

抵抗ヒーターが本体を有してもよい。この抵抗ヒーターの本体は、概ね滑らかで概ね平坦である少なくとも１つの加熱面と、この本体に形成される凹部とを有してもよい。この本体の少なくとも一部は、略Ｕ字形状、略Ｉ字形状、及び略Ｈ字形状からなる群から選択される断面形状を有する。この断面形状は本体の少なくとも一部にわたって延在する。

半導体ウェハーを処理する方法が、本体を有する抵抗ヒーターを準備するステップを含んでもよい。この本体は、概ね滑らかで概ね平坦である少なくとも１つの加熱面と、本体に形成される凹部とを有する。上記本体の少なくとも一部は略水平方向に対称な断面形状を有し、この断面形状は本体の少なくとも一部にわたって延在する。本方法は、少なくとも１つの加熱面上の半導体ウェハーを支持することと、ヒーターに電流を印加することと、半導体ウェハーを所定の温度に加熱することとを更に含んでもよい。

抵抗ヒーターが本体を有してもよい。この本体は、概ね滑らかで概ね平坦である少なくとも１つの加熱面を有してもよい。上記本体は、この本体に形成される凹部も有してもよい。上記本体の少なくとも一部は略水平方向に対称な断面形状を有し、この断面形状は本体の少なくとも一部にわたって延在する。

本発明の他の目的及び利益は、添付の図面と合わせて以下の説明を読むことにより理解することができる。

本発明を具現する抵抗ヒーターの平面図である。 図１のＡ−Ａに沿った拡大断面図である。 従来のヒーターを示し、図３（ａ）はこのヒーターの部分平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂに沿った拡大断面図である。 螺旋形状を具現する抵抗ヒーターの平面図である。 矩形形状を具現する抵抗ヒーターの平面図である。 抵抗ヒーターの他の実施形態の平面図である。 図６の抵抗ヒーターの線７−７に沿った拡大断面図である。 抵抗ヒーターの他の実施形態の平面図である。 図８の抵抗ヒーターの線９−９に沿った拡大断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態の例は添付の図面に示されている。本発明のそれぞれの範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、構造的及び機能的な変更を行うことができることを理解されたい。さらに、種々の実施形態の特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく組み合わせるか又は変更することができる。このように、以下の説明は例示としてのみ提示され、実施される場合がある種々の代替形態及び変更形態は、示されている実施形態にいかようにも限定するべきではなく、依然として本発明の趣旨及び範囲内にあるものとする。

本発明を具現するヒーターは図１及び図２に示されている。ヒーター１はＣ字形状のヒーター本体２を備え、ヒーター本体２は、例えば、グラファイト、ＳｉＣのようなセラミック等の材料から作製される。Ｃ字形状のヒーター本体２のそれぞれの端部には端子（terminal）接続孔３ａ、３ｂがある。対向する外側端面７ａ及び７ｂは、間に間隙Ｇを画定するように離間している。接続孔３ａ及び３ｂは、ヒーター１に電流を供給する電源の接続点である。この実施形態において、例として、ヒーター本体２は、約２０ｍｍの断面幅Ｗ、約６ｍｍの高さＨ、約１００ｍｍの内径Ｄｉ、及び約１４０ｍｍの外径Ｄｏを有することができる。これらの寸法は好適なサイズの例示である。適切な場合、他の寸法を選択することができる。

図１のＡ−Ａに沿った拡大断面図である図２に明確に示されているように、ヒーター本体２は、滑らかで平坦な加熱上面４を有する水平上壁８を有する。加熱上面４上には、ウェハー等の加熱される物体が、直接、又はサセプター等を介して間接的に載置される。ヒーター本体２の下面の中央部は、凹状になっており、１対の対向する垂直側壁又はリブ６ａ、６ｂ間に細長い溝すなわち凹部５を形成する。上記側壁は内面９ａ及び９ｂを有し、内面９ａ及び９ｂは少なくとも部分的に凹部５を画定する。凹部５及び側壁６ａ、６ｂは、Ｃ字形状のヒーター本体２の弧線方向に延在し、ヒーターの中間部７ｃにわたって反転したＵ字形状の断面をもたらすが、ヒーター本体の端部においてはこの反転したＵ字形状の断面をもたらさないようになっている。具体的には、凹部５は端面５ａ及び５ｂにおいて終端し、本体の凹部端面５ａ及び５ｂ間の部分とそれぞれの外側端面ｌａ及びｌｂとが、本体のそれぞれの端部を画定する。１つの実施形態において、２０ｍｍ幅を有するヒーター本体の下面は、１６ｍｍ幅を有する凹部５と、それぞれ２ｍｍ幅を有する対向する側壁６ａ、６ｂとを有する。凹部５はヒーター本体２の下面から４ｍｍの深さであり、２ｍｍ厚の水平上壁８が残る。

上述したように、本体２は、双方の端部とそれらの端部間の中間部７ｃとを含め、自身の全長にわたって同じ幅Ｗを有するというのが本発明の特徴である。

本発明のヒーターは、半導体ウェハー処理用途において特に有利である。本体２の厚さが端部においては最大であることにより、その端部において比較的低温が維持されるが、本体の幅が均一なことにより、熱分布パターンの制御が向上する。本体の中間部７ｃは、電気伝導に利用可能な低減された断面積を有し、それにより、ヒーターの抵抗値が増大し、向上する。

本発明に従って、２０ｍｍの幅及び６ｍｍの高さを有するヒーターが製造され、このヒーターは０．０９Ωの抵抗値を示した。それに比較して、同じタイプの材料で作製され、２０ｍｍの幅及び６ｍｍの高さを有するが、凹部５及びリブ６ａ、６ｂを伴わずに製造された制御ヒーターは、０．０４Ωの抵抗値を示した。これらの試験結果は、ヒーター本体２の下面に凹部５を形成することによって、ヒーターの抵抗値が劇的に向上することを示している。

本発明は、添付の図面に示されている本発明の特定の実施形態を参照して記載しているが、本発明は、この特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の趣旨及び範囲内にある限り、本発明から逸脱することなく、種々の変更及び変形を含むことが理解されるべきである。例えば、ヒーター本体は、示されている実施形態ではＣ字形状であるが、多くの場合において、ヒーター本体は、図４に示されているヒーター１’のような螺旋状の加熱パターンに設計することができ、また、特許文献１に示されているように、加熱されるウェハー又は任意の他の物体を均一に加熱するように設計することができる。いくつかの用途において、ヒーター本体は、図５に示されているヒーター１’’のような正方形又は矩形のパターンに形成される。これらのヒーター形状及び他のヒーター形状も本発明の範囲内にある。

本教示に係る抵抗ヒーターの更なる実施形態を以下に記載する。この記載において、詳細及び構成要素の全てを完全には記載又は図示されない場合がある。それどころか、特徴及び構成要素が記載されるとともに、いくつかの例において、上述の実施形態との違いが指摘される場合がある。さらに、これらの更なる実施形態は、上述の実施形態において利用される部品又は構成要素を、図示又は記載されていなくても含む場合があることが理解されるべきである。したがって、これらの更なる実施形態の記載は単に例示であり、網羅的でも排他的でもない。さらに、種々の実施形態の特徴、構成要素、部品、及び機能は、本教示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、組み合わせるか又は変更して、所望の抵抗ヒーターを達成することができることを理解するべきである。

抵抗ヒーターの実施形態が図６及び図７において示されている。抵抗ヒーター４１は、略Ｃ字形状のヒーター本体４２を有してもよい。ヒーター本体４２は、例えば、非限定的な例として、グラファイト、ＳｉＣのようなセラミック等の任意の適切な材料から作製してもよい。ヒーター本体４２は端子接続孔４３ａ、４３ｂを有してもよく、端子接続孔４３ａ、４３ｂはＣ字形状のヒーター本体４２のそれぞれの端部に位置してもよい。対向する外側端面４７ａ及び４７ｂは、概ね、間に間隙Ｇ２を画定するように離間していてもよい。接続孔４３ａ及び４３ｂは、抵抗ヒーター４１に電流を供給することができる電源（図示せず）の接続点としてもよい。非限定的な例として、これらの実施形態において、ヒーター本体４２は、図７に示されているような断面形状を有してもよい。

図７に示されているように、ヒーター本体４２は、非限定的な例として、略Ｈ字形状の断面形状のような略水平方向に対称な断面形状を有してもよい。これらの実施形態では、ヒーター本体４２は、略中央に位置決めされる略水平な壁４８を有してもよい。

これらの実施形態では、ヒーター本体４２の上側中央部５１及び下側中央部５３は、凹状になっており、１対の対向する垂直側壁すなわちリブ４６ａ、４６ｂ間に１対の細長い溝すなわち凹部４５ａ、４５ｂを形成してもよい。凹部４５ａ、４５ｂは、ヒーター本体４２の上部及び下部双方に位置してもよい。側壁４６ａ、４６ｂは、それぞれ内面４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、及び４９ｄを有してもよく、これらの内面４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、及び４９ｄは、少なくとも部分的に凹部４５ａ、４５ｂを画定してもよい。凹部４５ａ、４５ｂ及び側壁４６ａ、４６ｂは、略Ｃ字形状のヒーター本体４２の弧線方向に延在してもよい。これにより、抵抗ヒーター４１の少なくとも中間部４７ｃにわたって略Ｈ字形状の断面形状をもたらすことができる。垂直側壁４６ａ、４６ｂは、それぞれ概ね滑らかで平坦な加熱面４４ａ、４４ｂを有してもよく、それぞれ加熱面４４ａ、４４ｂ上には、ウェハー等の加熱される物体を、直接、又はサセプター等を介して間接的に載置してもよい。

しかし、略Ｈ字形状の断面形状は、ヒーター本体４２の端部４７ａ、４７ｂまで延在していなくてもよい。非限定的な例として、凹部４５ａ、４５ｂは、端面５５ａ及び５５ｂにおいて概ね終端していてもよく、本体４２の凹部端面５５ａ及び５５ｂ間の部分とそれぞれの外側端面４７ａ及び４７ｂとは、本体４２のそれぞれの端部５７ａ、５７ｂを画定してもよい。非限定的な例として、ヒーター本体４２の上面及び下面は、約２０ｍｍの幅Ｗを有してもよく、約１６ｍｍの幅を有する凹部４５ａ、４５ｂと、それぞれ約６ｍｍの幅を有する対向する側壁４６ａ、４６ｂとを有してもよい。凹部４５ａ、４５ｂはヒーター本体４２の上面及び下面から約２ｍｍの深さであり、約２ｍｍの厚さの水平中央壁４８が残ってもよい。

上述したように、本体４２は、双方の端部及びそれらの端部間の中間部４７ｃを含め、自身の全長にわたって幅Ｗを有してもよい。幅Ｗは本体４２の全長にわたって概ね一貫していてもよい。いくつかの実施形態において、幅Ｗは約２０ｍｍとしてもよい。例示的な寸法を上述したが、本教示はこれらの特定の寸法に限定されない。これらの寸法は単に例示であり必要に応じて変更することができる。

ヒーターの実施形態が図８及び図９に示されている。抵抗ヒーター６１は略Ｃ字形状のヒーター本体６２を含んでもよい。ヒーター本体６２は、例えば、非限定的な例として、グラファイト、ＳｉＣのようなセラミック等の任意の適切な材料から作製してもよい。ヒーター本体６２は、端子接続孔６３ａ、６３ｂを有してもよく、端子接続孔６３ａ、６３ｂはＣ字形状のヒーター本体６２のそれぞれの端部に位置してもよい。対向する外側端面６７ａ及び６７ｂは、概ね、間に間隙Ｇ３が画定されるように離間していてもよい。接続孔６３ａ及び６３ｂは、抵抗ヒーター６１に電流を供給することができる電源（図示せず）の接続点としてもよい。非限定的な例として、これらの実施形態において、ヒーター本体６２は、図９に示されているような断面形状を有してもよい。

図９に示されているように、ヒーター本体６２は、非限定的な例として、略Ｉ字形状の断面形状のような概ね対称な断面形状を有してもよい。またさらに、ヒーター本体６２は略水平方向に対称な断面形状を有してもよい。これらの実施形態において、ヒーター本体６２は、１対の略水平の壁６８ａ及び６８ｂを有してもよい。第１の壁６８ａは本体６２の上部にあってもよく、第２の壁６８ｂは本体６２の下部にあってもよい。水平壁６８ａ及び６８ｂの一方又は双方は、概ね滑らかで平坦な加熱面６４を有してもよく、加熱面６４上には、ウェハー等の加熱される物体を、直接、又はサセプター等を介して間接的に載置してもよい。

これらの実施形態において、ヒーター本体６２の１対の側壁６６ａ、６６ｂは、凹状になっており、１対の細長い溝又は凹部６５ａ、６５ｂを形成してもよい。非限定的な例として、凹部６５ａ、６５ｂは、１対の対向する垂直側壁６６ａ、６６ｂに任意の適切な様式で形成してもよい。凹部６５ａ、６５ｂを垂直側壁６６ａ、６６ｂに形成することができると、略中央の壁７２をヒーター本体６２に形成することができる。これにより、略Ｉ字形状の断面を有するヒーター本体４２を画定してもよい。中央壁７２の側壁７３ａ、７３ｂが凹部６５ａ、６５ｂを画定してもよい。

凹部６５ａ、６５ｂ及び側壁７３ａ、７３ｂは、抵抗ヒーター６１の少なくとも中間部６７ｃにわたって略Ｉ字形状の断面形状をもたらすように、略Ｃ字形状のヒーター本体６２の弧線方向に延在してもよい。しかし、略Ｉ字形状の断面形状は、ヒーター本体６２の端部７５ａ、７５ｂまで延在しなくてもよい。非限定的な例として、凹部６５ａ、６５ｂは、端面７５ａ及び７５ｂにおいて終端してもよい。本体６２の凹部端面７５ａ及び７５ｂ間の部分とそれぞれの外側端面６７ａ及び６７ｂとは、本体６２のそれぞれの端部７７ａ、７７ｂを画定してもよい。

非限定的な例として、ヒーター本体６２の上面及び下面は、約２０ｍｍの幅を有してもよく、約２ｍｍの高さ及びヒーター本体６２の垂直側壁６６ａ、６６ｂから約７ｍｍの深さを有する凹部６５ａ、６５ｂを有してもよい。その結果、壁６８ａ及び６８ｂの厚さが凹部６５ａ、６５ｂにおいてそれぞれ約２ｍｍになる場合がある。中央壁７２は、約６ｍｍの幅及び約６ｍｍの厚さを有してもよい。

上述したように、本体６２は、双方の端部７７ａ、７７ｂ及び端部７７ａ、７７ｂ間の中間部６７ｃを含め、自身の全長にわたって幅Ｗを有してもよい。幅Ｗは、本体６２の全長にわたって概ね一貫していてもよく、約２０ｍｍとすることができる。例示的な寸法を上述したが、本教示はこれらの特定の寸法に限定されない。これらの寸法は単に例示であり、必要に応じて変更することができる。

本発明の実施形態を添付の図面において説明し、また上述の詳細な説明において記載してきたが、本発明は開示されている実施形態のみに限定されるものではなく、本明細書において記載されている発明は、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、数多くの再構成、変更及び交換が可能であることは理解されたい。添付の特許請求の範囲は、特許請求の範囲又はその均等物の範囲内にある限り、全ての変更形態及び代替形態を含むことが意図される。

Claims (15)

1. 抵抗ヒーターであって、該抵抗ヒーターは、
   平面視において第１の端部及び第２の端部を有する略Ｃ字形状の本体を備え、該本体は、
   概ね滑らかで概ね平坦である少なくとも１つの加熱面と、
   該本体に形成され、該本体の略Ｃ字形状の弧線方向に延在する凹部とを有し、
   前記本体の少なくとも一部は、第１の面と第２の面とを有し、
   前記本体の少なくとも一部は、略水平方向に対称な略Ｉ字形状の断面形状を有し、
   前記断面形状は、前記本体の少なくとも一部にわたって延在する、抵抗ヒーター。
2. 前記断面形状は、前記本体の長さの大部分を含む、前記本体の少なくとも一部にわたって延在する、請求項１に記載の抵抗ヒーター。
3. 前記凹部は前記第１の端部及び前記第２の端部には形成されない、請求項１に記載の抵抗ヒーター。
4. 前記第１の端部及び前記第２の端部は端子接続孔を有する、請求項３に記載の抵抗ヒーター。
5. 前記第１の端部及び前記第２の端部は、該第１の端部及び該第２の端部間に画定される加熱領域と略同一の幅を有し、前記凹部は前記第１の端部及び前記第２の端部には形成されない、請求項４に記載の抵抗ヒーター。
6. 前記本体は、その長さ方向に沿って略均一な幅を有する、請求項１に記載の抵抗ヒーター。
7. 前記本体は、グラファイト材及びセラミック材のうちの少なくとも一方から製造される、請求項１に記載の抵抗ヒーター。
8. 前記本体は、ｐＢＮ及びＳｉＣのうちの少なくとも一方でコーティングされる、請求項１に記載の抵抗ヒーター。
9. 前記本体の前記第１の面及び前記第２の面双方の一部に凹部が形成される、請求項１に記載の抵抗ヒーター。
10. 前記第１の面及び前記第２の面は、それぞれ前記本体の垂直な側壁の面である、請求項９に記載の抵抗ヒーター。
11. 半導体ウェハーを処理する方法であって、
    ａ）本体を有する抵抗ヒーターを準備するステップであって、該本体は、平面視において第１の端部及び第２の端部を有する略Ｃ字形状であり、概ね滑らかで概ね平坦である少なくとも１つの加熱面と、該本体に形成され、該本体の略Ｃ字形状の弧線方向に延在する凹部とを有し、該本体の少なくとも一部は略水平方向に対称な略Ｉ字形状の断面形状を有し、該断面形状は該本体の少なくとも一部にわたって延在する、ステップと、
    ｂ）前記少なくとも１つの加熱面上に半導体ウェハーを支持するステップと、
    ｃ）前記ヒーターに電流を印加するステップと、
    ｄ）前記半導体ウェハーを所定の温度に加熱するステップと、
    を含む、方法。
12. 前記凹部は前記第１の端部及び前記第２の端部には形成されない、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１の端部及び前記第２の端部は端子接続孔を有する、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１の端部及び前記第２の端部は、該第１の端部及び該第２の端部間に画定される加熱領域と略同一の幅を有し、前記凹部は前記第１の端部及び前記第２の端部には形成されない、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記本体は、ｐＢＮ及びＳｉＣのうちの少なくとも一方でコーティングされる、請求項１１に記載の方法。
    
    

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