JP6903681B2 - 円筒状ヒータ - Google Patents

Description

本発明は、ヒータアセンブリに関する。特に、本発明は、限定されるものではないが、半導体処理装置内の半導体ウエハを加熱することを含む広範囲の用途に適した被覆グラファイトヒータアセンブリ構成に関する。

半導体デバイスまたは半導体材料の製造において、半導体ウエハは、反応チャンバを画定するエンクロージャ内で比較的高温（例えば、１０００℃より上）で処理され、ウエハが、電源に接続された抵抗ヒータに隣接してまたは接触して配置される。円筒状ヒータの場合、ウエハを支持体上に置き、支持体をヒータによって加熱することができる。このプロセスでは、ヒータは、半導体ウエハの温度を約１℃〜１０℃の範囲で変動する実質的に一定かつ均一に保持しようとする。

米国特許第５，３４３，０２２号は、熱分解窒化ホウ素基材上に重ね合わされた熱分解グラファイト（「ＰＧ」）の加熱要素を含む、半導体ウエハ処理プロセスで使用するための加熱ユニットを開示している。グラファイト層は、加熱される領域を画定する螺旋形状または蛇行形状に機械加工され、２つの端部が外部電力源に接続される。次いで、加熱アセンブリ全体を熱分解窒化ホウ素（「ＰＢＮ」）層で被覆する。米国特許第６，４１０，１７２号は、ＰＢＮ基板に取り付けられたＰＧ素子を含む加熱素子、ウエハキャリア、または静電チャックを開示しており、アセンブリ全体が、続いてＡｌＮの外側コーティングでＣＶＤ被覆されて化学的攻撃からアセンブリを保護する。

グラファイトは経済的で耐熱性のある耐火材料であるものの、グラファイトはウエハ処理化学環境の一部によって腐食され、粒子や粉塵の発生する傾向がある。従来機械加工されたグラファイトヒータの不連続面により、出力密度は加熱される領域にわたって劇的に変化する。さらに、グラファイト本体は、特に蛇行した形状に機械加工した後、脆く、その機械的完全性が悪い。したがって、比較的大きな断面厚さ、例えば、半導体グラファイトヒータ用途に典型的な約２．５４ｍｍ（０．１インチ）以上であっても、ヒータはまだ非常に弱く、注意して取り扱わなければならない。さらに、グラファイトヒータは、湾曲またはずれを誘発するアニーリングにより、時間の経過とともに寸法が変化し、電気的短絡を招く。また、導電性でありえる半導体上にフィルムを堆積させることは、半導体ウエハ処理においても一般的である。このようなフィルムは、電気的短絡、電気的特性の変化に寄与し、または付加的な湾曲および歪みを誘発し得るヒータ上の一時的なコーティングとして堆積し得る。

グラファイトヒータの安定性を改善する１つの方法は、グラファイト本体を窒化ホウ素のような窒化物で被覆するか、または加熱要素間に窒化ホウ素ブリッジを設けることである。これらの設計は、熱膨張係数（ＣＴＥ）ミスマッチ応力（グラファイトと窒化ホウ素材料との間）および高い動作温度での熱応力から依然として高い応力を示すことがあり得る。高い応力は、加熱装置の早期故障をもたらす可能性がある。別の態様では、これらのグラファイトヒータは、しばしばヒータ全体にわたって不規則な熱サインを有する。

以下に、いくつかの態様の基本的な理解を提供する本開示の概要を示す。この概要は、主要または重要な要素を特定することも、実施形態または請求の範囲を限定することも意図していない。さらに、この概要は、本開示の他の部分においてより詳細に説明され得るいくつかの態様の簡略化された概要を提供し得る。

本開示は、対象物の制御された加熱のためのヒータアセンブリを提供する。ヒータアセンブリは、熱分解グラファイト材料を含むことができる伝導性コアを含む。コアは所望の加熱経路に成形することができる。コアは保護層で被覆してもよい。保護層は、熱分解窒化ホウ素を含むことができる。ヒータアセンブリは、概して管状または円筒状の本体を含むことができる。本体は、第１の端部にフランジ、および第２の端部にリップを含んでもよい。１以上のスリットまたはアパーチャが本体を通して配置されてもよい。スリットは、上部本体と下部本体との間の熱伝達を遮断することができる。

少なくとも１つの態様では、加熱経路は、蛇行パターンのような所定の経路を含むことができる。蛇行パターンは、複数のラングを有する連続パターンを含むことができる。ラングの主側（predominant side）は、所望の加熱プロファイルに基づいて、垂直方向、水平方向、または他の方向に向けることができる。従側（subordinate side）は、ラングの主側を電気的に接続することができる。従側は、誇張された曲がり部でないものと比較してラング間に離隔または距離を追加する誇張された曲がり部（exaggerated bend）を含むことができる。誇張された曲がり部は、「Ｙ字形」、「Ｔ字形」などであってもよい。

少なくとも１つの態様では、ヒータアセンブリは、遠位端部にリップを含むことができる。リップは、サセプタなどのデバイス（例えば、支持体）または材料を受けるように構成されてもよい。サセプタは、加熱のためにウエハを受けるように構成されてもよい。リップは、ヒータアセンブリの遠位端部において同等またはほぼ均一な加熱プロファイルを提供することができる。

以下の説明および図面は、様々な例示的な態様を開示する。いくつかの改良および新規な態様を明示的に特定することができ、他のものは説明および図面から明らかである。

添付の図面は、様々なシステム、装置、デバイスおよび関連する方法を示しており、同様の参照符号は、全体を通して同様の部分を指す。

図１Ａは、本明細書に開示された一実施形態によるヒータアセンブリの斜視図を示す。

図１Ｂは、図１Ａのヒータアセンブリの上面図を示す。

図１Ｃは、図１Ａのヒータアセンブリの側面図である。

図２Ａは、本明細書で開示される実施形態による誇張された曲がり部およびリップを含むヒータアセンブリの斜視図である。

図２Ｂは、図２Ａのヒータアセンブリの上面図を示す。

図２Ｃは、図２Ａのヒータアセンブリの側面図を示す。

図３は、本明細書に開示された実施形態によるヒータアセンブリの断面図を示す。

図４は、本明細書に開示された実施形態による製造中のヒータアセンブリの断面図を示す。

図５は、本明細書に開示された実施形態による製造中のヒータアセンブリの別の断面図を示す。

図６は、本明細書に開示された実施形態によるヒータアセンブリの断面図を示す。

図７Ａは、本明細書に開示された実施形態による誇張された曲がり部、リップ、および１以上のスリットを含むヒータアセンブリの斜視図である。

図７Ｂは、図７Ａのヒータアセンブリの上面図を示す。

図７Ｃは、図７Ａのヒータアセンブリの側面図を示す。

図８は、図７Ａのヒータアセンブリの一部の拡大図を示す。

図９は、本明細書に開示された実施形態による別のヒータアセンブリおよび坩堝の斜視図を示す。

図１０は、本明細書に開示された実施形態による、水平に主なラングを含むヒータアセンブリの斜視図を示す。

図１１Ａは、本明細書に開示された実施形態による、フランジ内のスリットを含む別のヒータアセンブリの斜視図を示す。

図１１Ｂは、図１１Ａのヒータアセンブリの上面図を示す。

図１２Ａは、本明細書に開示された実施形態による、誇張された曲がり部およびリップを含むヒータアセンブリにわたる温度を示すグラフである。

図１２Ｂは、本明細書に開示された実施形態による、誇張された曲がり部またはリップのないヒータアセンブリにわたる温度を示すグラフである。

ここで、例示的な実施形態を参照し、その例を添付の図面に示す。他の実施形態を利用することができ、構造的および機能的変更を行うことができることを理解されたい。さらに、様々な実施形態の特徴を組み合わせたり変更したりすることができる。このように、以下の説明は、説明のためだけに提示され、示された実施形態になされ得る様々な代替および変更を決して限定するものではない。本開示では、多数の特定の詳細が主題の開示の完全な理解を提供する。本開示の態様は、必ずしも本明細書に記載された全ての態様を含むとは限らない他の実施形態で実施されてもよいことを理解されたい。

本明細書で使用される場合、「例」および「例示的」という用語は、事例または実例を意味する。「例」または「例示的」という言葉は、主要または好ましい態様または実施形態を示すものではない。文脈上他に示唆されない限り、「または」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、語句「ＡはＢまたはＣを使用する」は、包含的順列（例えば、ＡはＢを使用する、ＡはＣを使用する、またはＡはＢおよびＣの両方を使用する）を含む。別の問題として、冠詞「ａ」および「ａｎ」は、文脈が別途示唆しない限り、一般に「１つまたは複数」を意味することを意図する。

本明細書に記載された実施形態は、管状または円筒状ヒータアセンブリを指すが、実施形態は、異なる形状のヒータを含み得ることに留意されたい。例えば、実施形態は、円筒、Ｎ角柱（例えば、Ｎは数字である）、円錐（またはその一部）などを一般的に表す形状を含むことができる。さらに、このようなヒータアセンブリは、限定されるものではないが、半導体ウエハの製造などの様々な用途に利用することができる。

いくつかの伝統的なヒータでは、ヒータは、ＢＮ本体またはＰＢＮで被覆されたグラファイトヒータを含むことができる。これらのヒータは、加熱要素間のＰＢＮブリッジを含むことができる。しかしながら、このようなヒータは、室温でのＣＴＥミスマッチ応力と、高い動作温度での熱応力の両方から、高い応力を有することがある。別の態様では、このようなヒータは、所望の熱プロファイルに従って熱エネルギーを管理しなくてもよい。例えば、遠位端部（例えば、設計に応じて頂部および／または底部）は、他の部分よりも低い温度を有し得る。温度変化により、一貫性のない温度プロファイルとなることがあり得る。

本明細書に記載の様々な実施形態は、熱の生成および／または伝達を容易にすることができるヒータアセンブリに関する。ヒータアセンブリは、熱応力を緩和し、ＣＴＥミスマッチ応力を緩和し、様々な寸法の頑強な設計を含み、他のヒータに対してより均一な温度プロファイルを生成するような構成を有してもよい。例えば、ヒータアセンブリは、窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物などの１つ以上の層で被覆されたグラファイトコアを含むことができる。

グラファイトコアは、電流の流れのための経路を画定する構成を有してもよい。一態様では、経路は、蛇行パターンのような所定のパターンを含むことができる。パターンは、所望の加熱プロファイルを達成するように構成することができる。例えば、ヒータ装置全体に均一に熱を分散させるようにパターンを構成することができる。

グラファイトコアは、１つ以上の層で被覆されていてもよい。少なくとも１つの実施形態において、グラファイトコアは、第１のコーティング層および第２のコーティング層で被覆されてもよい。コーティング層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐熱性硬質金属、遷移金属および希土類金属からなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物または酸窒化物の少なくとも１つあるいはそれらの２以上の組合せを含むことができる。別の態様によれば、コーティング層は、ＰＢＮ、窒化アルミニウム、窒化チタンアルミニウム、窒化チタン、チタンアルミニウム炭窒化物、炭化チタン、炭化ケイ素および窒化ケイ素の少なくとも１つを含むことができる。第１および第２のコーティング層は、同じ、類似の、または異なる材料を含むことができることに留意されたい。

開示されたヒータアセンブリは、フランジまたは取り付けベースを含むことができる。フランジは、概して、ヒータアセンブリの本体の第１の端部に外接し、および／またはそこから延在することができる。フランジは、１つ以上の電気接点を含むことができる。電源は、１つ以上の電気接点に接続されてもよい。電力は、グラファイトコアによって規定される電気接点および加熱経路を通って流れることができる。本体の第２の端部は、リップまたはレッジを含むことができる。リップは、リップを含まない端部と比較して、所望の材料への放射熱伝達を増加させることができる。一態様では、所望の材料は、ウエハを保持または支持することができるサセプタ材料のような、加熱される材料であってもよい。ウエハは、シリコンウエハなどであってもよい。実施形態は、例示的な目的のためにウエハの加熱を説明しているが、開示された実施形態は、他の材料または対象を加熱するために利用され得ることに留意されたい。

一実施形態では、ヒータの本体は、第１のコーティング層、第２のコーティング層、および／またはグラファイトコアのうちの１つ以上を通って形成され得る１つ以上のアパーチャを含むことができる。アパーチャは、ヒートシンクを遮断または中断し、ＰＢＮ被覆グラファイトヒータとして提供される同様の温度を生成するように構成されてもよい。アパーチャは、フランジの近位に配置された１つ以上のスリットを含むことができる。スリットは、フランジに失われる熱を低減または遮断することができる。別の態様において、アパーチャは、フランジに近位および／またはフランジを含む温度の領域を閾値温度またはそれ以下に維持するように構成されることができる。

例示的な実施形態では、ヒータアセンブリは、堆積または他の方法で円筒状に形成されるＰＢＮベース層（例えば、第１のコーティング層）を含む本体を含むことができる。ＰＧ層（例えば、グラファイトコア）をＰＢＮベース層に重ね合わせることができる。ＰＧ層は、電極または電流経路を形成または画定するようにパターン化されることができる。例えば、ＰＧ層は、複数の加熱ラングを含む連続経路としてパターン化されることができる。加熱ラングは、本体のフランジに対して実質的に垂直に配向される大部分と、フランジに実質的に平行であり得る小部分とを有することができる。別の態様では、ＰＢＮオーバーコート層をＰＧ層およびＰＢＮベースコートの少なくとも一部に重ね合わせることができる。ＰＢＮ／ＰＧ／ＰＢＮヒータアセンブリは、概して管状または円筒状の形状のような所望の形状に構成することができる。層、コート、ベースなどへの言及は、本明細書で開示されるヒータアセンブリを形成する好ましい方法とさせるものではなく、または暗示するものでもないことに留意されたい。例えば、本開示は、ＰＢＮの単数の層またはコーティングに言及することがあるが、実施形態は、複数の層またはコーティング、製造プロセスにおける異なる時間またはステップで形成される層などを含み得ることに留意されたい。

リップは、フランジの遠位にある本体の端部に形成されてもよい。例えば、ヒータアセンブリは、坩堝内に配置されてもよく、および／または坩堝を含んでもよい。電源は、ヒータアセンブリの電気接点に接続されてもよい。電力が加熱アセンブリに供給され、加熱ラングが熱を放射することがあり得る。使用者等は、本体によって画定される空洞内に加熱される材料を配置することができる。ヒータアセンブリは、材料を所望の温度に加熱することができる。ヒータアセンブリは、複数の加熱ラングを画定する所定の経路を画定する構成を有するグラファイトコアを含むことができる。ヒータは、経路が複数の加熱ラングを含む連続経路となり得る一体の本体とすることができる。一実施形態では、ヒータは、直列または並列に接続された２つの半部を含むグラファイト本体を含み、各半部は所定の構成の複数の加熱ラングを含む。少なくとも１つの実施形態では、本体は、直列または並列に接続された２つの半部を含み、ここで各半部は、複数の加熱ラングを画定する所定の経路を画定する構成を有し、ここで加熱ラングは、本体の上面に実質的に平行に配向された主要部分または主部分を有する。

本発明の一実施形態では、各加熱ラングは実質的に同じ幅を有する。別の実施形態では、少なくとも１つの加熱ラングの幅は、少なくとも１つの他の加熱ラングの幅より狭くてもよい。本体の上面の頂部における最上の加熱ラングの幅は、少なくとも１つの他の加熱ラングよりも狭くてもよい。別の実施形態では、本体の上面の頂部における最上部の加熱ラングの幅は、少なくとも１つの他の加熱ラングの幅の半分以下である。本発明の別の態様では、ヒータアセンブリは、被覆されたグラファイト本体を含む。被覆されたグラファイト本体は、上面および下面を有する。本体は、複数の加熱ラングを画定する所定の経路を画定する構成を有してもよく、ここで各加熱ラングの大部分は、上面に実質的に平行に配向される。少なくとも１つの加熱ラングの幅は、別の加熱ラングの幅よりも狭い。

本技術の態様によるヒータまたはヒータがプリントされた装置は、広範囲の用途における使用に適し得る。異なる出力密度勾配を有する複数のヒータ要素を含むヒータは、加熱プロファイルの正確な制御を提供し、異なる加熱ゾーンまたは電極経路に適用される出力を変更することによって加熱プロファイルの変更を可能にすることが望ましい場合の適用に特に適している。ヒータアセンブリまたはヒータセンブリを含むコンテナに適している適用は、限定されるものではないが、分子ビームエピタキシャル用途、金属蒸発、熱蒸発、太陽電池成長、金属有機化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）、有機金属化学気相成長（ＯＭＣＶＤ）、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）、垂直勾配凝固（ＶＧＦ）結晶成長プロセスなどが挙げられる。

図１Ａ〜図１Ｃは、遠位端部１０２および近位端部１０４を有する本体１１０を含んでもよいヒータアセンブリ１００の例示的な実施形態を示す。本体１１０は、加熱経路１２０を形成する複数の加熱ラング１４０を含む。別の態様では、本体１１０は、下部本体１３６、１つ以上の本体絶縁領域１１４、および上部本体１３８を含むことができる。本体絶縁領域１１４は、切断ではないことに留意されたい。本体１１０は、フランジ１３０から遠位端部１０２に向かって延びることができる。遠位端部１０２において、本体１１０は、リップなしで終わることができる。実施形態は、本明細書に記載のリップを含むことができることに留意されたい。ヒータアセンブリ１００は、開示された実施形態と比較して、不均一な熱プロファイルを有し得ることに留意されたい。例えば、開示された実施形態は、ヒータの遠位端部のリップ、切断された１つ以上の領域、ラングの誇張された曲がり部などを含むことができる。

図２Ａ〜図２Ｃは、本開示の態様および実施形態によるヒータアセンブリ２００の実施形態を示す。図示のように、ヒータアセンブリ２００は、遠位端部２０２および近位端部２０４を有する本体２１０を含むことができる。本体２１０は、遠位端部２０２のリップ２１２、１つ以上の水平絶縁領域２１４、および加熱経路２２０を含むことができる。フランジ２３０は、近位端部２０４またはその付近に配置されてもよい。ヒータアセンブリ２００は、簡潔さのために、図示されていない他の構成および／または構成要素を含むことができることに留意されたい。例えば、ヒータアセンブリ２００は、坩堝、サセプタなどを含むができ、および／または取り付けることができる。

本体２１０は、伝導または加熱経路２２０を形成する１つ以上の材料の層を含むことができる。一例では、本体２１０は、第１の層またはベースコートを含むことができる。ベースコートは、ＰＢＮベースコートを含むことができる。ＰＢＮベースコートは、ＰＧ層を含み得る中間層またはコアと重ね合わされ得る。ＰＧ層は、加熱経路２２０を画定するように形成することができる。１つの態様では、ＰＧ層は、化学堆積、化学エッチング、機械的プロセスなどを介して所望パターンでパターン化または形成されることができる。ＰＧ層は、ＰＢＮ層で上塗りされてもよい。少なくとも１つの態様において、ベースＰＢＮ層およびＰＢＮオーバーコートは、外部雰囲気に曝されないように、一般的にＰＧ層を覆うことができる。ＰＧ層の一部分は、電気接触にてまたは電気接触の近くで露出されてもよいことに留意されたい。さらに、本体２１０は、異なる数の層、異なって形成された層などを含むことができることに留意されたい。別の態様では、様々な異なる層を適切なプロセスに従って形成することができる。プロセスは、例えば、化学堆積、化学エッチング、機械的エッチング、物理的機械加工、成形（例えば、鋳造など）などを含み得る。

一態様では、加熱経路２２０は、１つ以上のラング２４０を含むことができる。各ラング２４０は、主側２４２および従側２４４を含んでもよい。少なくとも１つの実施形態では、主側２４２は、概して、遠位端部２０２および／または近位端部２０４と垂直に延在することができる。従側２４４は、概して、遠位端部２０２および／または近位端部２０４と平行に（例えば、主側２４２と垂直に）なることができる。別の態様では、主側２４２は、従側２４４の第２の長さよりも一般に長い第１の長さを含むことができる。様々な実施形態は、遠位端部２０２および／または近位端部２０４とほぼ平行な主側２４２を備えることができることに留意されたい。同様に、従側２４４は、主側２４２、遠位端部２０２、および／または近位端部２０４と垂直であってもよい。さらに、主側２４２および従側２４４の幅は、概して同じであってもよいことに留意されたい。

様々な実施形態は、水平方向、垂直方向、または他の方向に方向付けられて配置されたラング２４０を説明することができる。この方向は、主側２４２が続く方向を指してもよい。例えば、垂直に配向されたラング２４０は、遠位端部２０２および／または近位端部２０４に概して垂直な主側２４２を含むことができる。同様に、水平に配向されたラング２４０は、遠位端部２０２および／または近位端部２０４と概して平行な主側２４２を含むことができる。説明を明瞭にするために、そのような表示（例えば、水平配向、垂直配向など）が用いられることに留意されたい。このように、様々な他の分類を用いて、ラング２４０の相対的な向きを記述することができる。さらに、ラング２４０は、遠位端部２０２および／または近位端部２０４と垂直および／または平行以外であってもよいことに留意されたい。別の態様では、遠位端部２０２および／または近位端部２０４は、形状が不規則であってもよい。

ラング２４０は、絶縁領域２４６によって少なくとも部分的に分離または画定されてもよい。絶縁領域２４６は、ＰＧを含まないおよび／または電気絶縁材料を含む領域を含むことができる。例えば、絶縁領域２４６は、ＰＢＮ、空気（例えば、材料なし）などを含むことができる。一態様では、絶縁領域２４６は、誇張された曲がり部２４８を含むことができる。誇張された曲がり部２４８は、本明細書で説明されるような三角形、円形または他の形状を含み得る領域を含み得る。円形形状は、図１Ａに示すように、ラングが合う従側２４４に追加の断熱を提供することができる。

フランジ２３０は、本体２１０から近位端部２０４まで近位に延在することができる。フランジ２３０は、本体２１０から概して垂直に延びてもよい。１つの態様では、フランジ２３０は、概して平面または平坦であってもよい。例えば、フランジ２３０は、本体２１０を支持するために表面（例えば、床）に接触してもよい。フランジ２３０は、１つ以上の材料を含むことができる。別の態様では、フランジ２３０は、互いに物理的に接触しない１つ以上の部分に分割されてもよい。フランジ２３０は、本体２１０の材料と同様の材料を含むことができ、および／または金属、合金などの異種材料を含むことができる。一態様では、フランジ２３０は、１０００℃にも強靭な金属を含むことができる。

少なくとも１つの実施形態によれば、フランジ２３０は、１つ以上のアパーチャ２３２を含んでもよい。１つ以上のアパーチャ２３２は、ヒータアセンブリ２００を表面に固定するように構成されてもよい。例えば、アパーチャ２３２は、ボルトまたは他のねじ部材を受け入れるように構成されてもよい。別の態様では、アパーチャ２３２は、電力供給源、バッテリなどのような電源から電気的接続を受け取るように構成することができる。一例では、アパーチャ２３２は、ＰＧの露出部分を含むことができる。露出したＰＧは、本体２１０のＰＧ層と電気的に接触していてもよく、および／または本体２１０のＰＧ層を含んでいてもよい。電源への接続は、加熱経路２２０を通る電力の流れを可能にすることができる。電力は、抵抗加熱などによって本体２１０に熱を誘導することができる。

一態様では、フランジ２３０は、本体２１０（例えば、下部本体２３６）の第１の部分に近接して、本体２１０に交わり、および／または本体から延在することができる。下部本体２３６は、水平絶縁領域２１４によって本体２１０の第２の部分（例えば、ラング２４０を含み得る上部本体２３８）から分離されてもよい。水平絶縁領域２１４は、電気（例えば、誘電）および／または熱絶縁材料を含むことができる。例えば、水平絶縁領域２１４は、熱に耐えることができ、および／または熱伝達特性が悪い材料を含むことができる。上部本体２３８と下部本体２３６の分離は、上部本体２３８と下部本体２３６との間の熱の流れを防止または遮断することができる。熱伝達の遮断は、フランジ２３０内のヒートシンクを低減することができる。このように、ヒータアセンブリ２００は、上部本体２３８にわたってより均一な熱プロファイルを含むことができ、材料を加熱するためのエネルギーをより少なくすることができ、または他のヒータに対してより効率的とすることができる。一態様では、水平絶縁領域２１４は、１０ｍｍ未満の幅を含むことができる。少なくとも１つの例では、幅は約２ｍｍであってもよい。

図３は、ヒータアセンブリ３００の一部の断面図を示す。ヒータアセンブリ３００は、他の開示されたヒータアセンブリと同様の態様および／または特性を含むことができる。例えば、断面図は、ヒータアセンブリの本体（例えば、上部本体２３８）の一部を含むことができる。ヒータアセンブリ３００は、主に、ベース層３１０、コア層３２０、およびオーバーコート層３３０を含むことができる。図３を参照しつつ図４および図５を参照すると、例示的な製造プロセスの様々な段階におけるヒータアセンブリ３００の一部の断面図が示されている。ヒータアセンブリ３００は、様々な他のプロセスに従って組み立てられ、製造されてもよいことに留意されたい。

図４に示すように、ベース層３１０を設けることができる。ベース層３１０は、第１のコーティング層またはコーティング層の一部を含むことができる。コーティング層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐熱硬質金属、遷移金属、および希土類金属からなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物または酸窒化物の少なくとも１つあるいはそれらの２つ以上の組合せを含むことができる。例えば、ベース層３１０は、ＰＢＮ、窒化アルミニウム、窒化チタンアルミニウム、窒化チタン、チタンアルミニウム炭窒化物、炭化チタン、炭化ケイ素、および窒化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことができる。ベース層３１０は、１つ以上の形状で設けられてもよい。例えば、ベース層３１０は、概して中空の円筒形状、多角形状、不規則な形状などを含むことができる。

コア層３２０は、ベース層３１０の上またはベース層と接触して堆積、または設けられてもよい。コア層３２０は、電流の流れのための経路を画定する構成を有することができるグラファイトコアを含むことができる。一例では、コア層３２０は、電気を伝導するためのＰＧを含むことができる。コア層３２０は、任意の適切な手段に従ってベース層３１０上に重ね合わされてもよい。

図５に示すように、コア層３２０は、所望の形状および／またはパターンに形成することができる。例えば、コア層３２０は、主側および従側を有するラングパターンに形成されてもよい。別の態様では、経路は、電流および／または加熱経路（例えば、加熱経路２２０）の流れのための経路を含むことができる。コア層３２０は、機械的エッチング、化学的エッチングなどのうちの少なくとも１つに従って成形されてもよいことに留意されたい。

図示のように、コア層３２０の材料を除去して、ラング３４０および／または絶縁領域３４６を形成することができる。ラング３４０は、本明細書で説明する加熱経路を画定する領域を含むことができる。絶縁領域３４６は、ベース層３１０の少なくとも一部を露出させるためにコア層３２０を通して形成され得る１つ以上のビアを備えることができる。絶縁層３４６におけるコア層３２０の完全な除去を確実にするために、ベース層３１０の一部を除去することができることに留意されたい。

絶縁領域３４６は、図３に示すように、誘電体で充填、および／または誘電体を含んでもよい。例えば、オーバーコート層３３０（例えば、第２のコーティング層）は、コア層３２０および／またはベース層３１０の少なくとも一部に重ねられてもよい。オーバーコート層３３０は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐熱硬質金属、遷移金属および希土類金属からなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物または酸窒化物の少なくとも１つあるいはそれらの２つ以上の組み合わせを含むことができる。例えば、オーバーコート層３３０は、ＰＢＮ、窒化アルミニウム、窒化チタンアルミニウム、窒化チタン、チタンアルミニウム炭窒化物、炭化チタン、炭化ケイ素、および窒化ケイ素のうちの少なくとも１つを含むことができる。

ヒータアセンブリ３００は、他の層または異なる層を含んでもよいことに留意されたい。例えば、ヒータアセンブリ３００は、異なる数のコーティング層を含むことができる。少なくとも１つの実施形態によれば、ヒータアセンブリ３００は、取り付けられて（例えば、取り外し可能にまたは取り外し不可能に）組み立てられる別に形成された層を含むことができる。このような改変は、本開示の範囲および精神の範囲内であると見なされる。

さらに、ヒータアセンブリ３００は、様々な形状およびサイズを有することができることに留意されたい。少なくとも１つの例では、コーティング層（例えば、ベース層３１０および／またはオーバーコート層３３０）は、コア層３２０の周りに約１ｍｍの概して均一なコーティングを含むことができる。コーティング層は、コア層３２０の周りに均一に重ね合わされても、されなくてもよいことに留意されたい。さらに、コア層３２０は、均一な厚さを有していても、いなくてもよいことに留意されたい。

図６は、様々な開示された態様によるヒータアセンブリ４００の一部の断面図である。ヒータアセンブリ４００は、様々な記載された実施形態と同じまたは同様の態様を含むことができることに留意されたい。さらに、アセンブリ４００は、より大きなアセンブリまたはシステムの一部を含んでもよいことに留意されたい。例えば、ヒータアセンブリ４００は、ヒータアセンブリの本体（例えば、ヒータアセンブリ２００の本体２１０）の少なくとも一部を含むでもよい。

ヒータアセンブリ４００は、主に、ベース層４１０、コア層４２０、および／またはオーバーコート層４３０を含むことができる。ベース層４１０および／またはオーバーコート層４３０は、類似または同一の材料を含むことができることに留意されたい。一態様では、ベース層４１０およびオーバーコート層４３０は、単一のコーティング層と見なすことができる。コーティング層は、ＰＢＮおよび／または本明細書に記載の他の適切な材料を含むことができる。別の態様では、コーティング層は、コア層４２０をカプセル化して、潜在的に腐食性の雰囲気からコア層４２０の材料を保護し、構造的完全性を提供することなどができる。例えば、コア層４２０は、導電性材料を含むことができるＰＧなどのグラファイトを含むことができる。グラファイトコアは、特定の化学物質または環境に曝されると損傷または劣化を受けやすいことがありえる。

一態様では、図６の断面部分は、ヒータアセンブリ４００の主側４４２を示し得る。主側４４２は、ヒータアセンブリ４００のラングの主側（例えば、主側２４２）を表すことができる。従側４４４は、電気伝導および／または加熱のための連続的な経路を形成するためにラングを接続することができる。主側４４２は、１つ以上の絶縁領域４４６によって分離されてもよい。絶縁領域４４６は、実質的に材料が除去された領域を含むことができる。一態様では、オーバーコート層４３０の外壁および／またはベース層４１０は、絶縁領域４４６を含む、または画定することができる。一態様では、絶縁領域４４６は、ヒータアセンブリ４００の所望の加熱プロファイルを達成するために材料を除去することができる。

絶縁領域４４６は、ラング間に支持体を形成することができるＰＢＮなどの材料を含むことができることに留意されたい。例えば、１つ以上のＰＢＮポストは、ヒータアセンブリ４００の構造的完全性を提供するために、絶縁領域４４６をまたがることができる。様々な他の実施形態が、本開示の範囲および精神内で類似のまたは代替の設計を提供し得ることに留意されたい。

図７Ａ〜図７Ｃは、様々な説明された態様によるヒータアセンブリ５００を示す。平面図は、上面図５０２および側面図５０６を示すことができる。１つの態様では、側面図５０６は、まっすぐにされている場合、ヒータアセンブリ５００の円筒状本体の側面を示すことができる。図示のように、ヒータアセンブリ５００は、本体５１０を含むことができる。本体５１０は、遠位端部５１８に配置されたリップ５１２を含むことができる。リップ５１２は、本体５１０の内径５１６よりも一般に小さい内径５１３を有することができる。一態様では、リップ５１２は、ウエハを保持または支持することができるサセプタを受けるように構成されてもよい。リップ５１２は、リップを含まないことがありえる他のヒータと比較して、サセプタへの放射熱伝達を増加させることができる。リップ５１２は、特定の目的または意図された用途のために所望される任意の適切な金属またはセラミック材料などの１つまたは複数の材料を含むことができることに留意されたい。一態様では、リップ５１２は、非導体または非導体のコーティングを含むことができる。好適なセラミックスの例としては、窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、窒化ホウ素などが挙げられるが、これらに限定されない。

本体５１０は、加熱経路５２０および下部本体５３６を含み得る上部本体５３８を含むことができる。１つまたは複数のスリット５３４_１−４は、上部本体５３８と下部本体５３６との間にて分離またはバリアを提供することができる。スリットは、例えば水平な絶縁領域５１４を通して形成されてもよい。一態様では、１つまたは複数のスリット５３４_１−４は、グラファイトコアまたは任意の材料の除去など、材料の除去された領域を含むことができる。図示されているように、本体５１０は、４つのスリット５３４_１、５３４_２、５３４_３、および５３４_４のような複数のスリット５３４_１−４を含むことができる。一態様では、スリット５３４_１−４は、本体５１０を通るアパーチャを含んでもよい。スリット５３４_１−４は、下部本体５３６と上部本体５３８との間の熱伝達を低減することができる。少なくとも１つの実施形態では、下部本体５３６および／またはフランジ５３０は、上部本体５３８よりも低い温度に保持されてもよい。

実施形態において、ヒータアセンブリ５００は、ＰＢＮを含み得るベース層、ＰＧを含み得るコア層、およびＰＢＮを含み得るオーバーコート層を含むことができる。一態様では、ヒータアセンブリ５００は、主に、円筒状または管状の本体５１０、およびベースまたはフランジ５３０を含むことができる。本体５１０は、蛇行パターンおよび／またはラングを含み得る加熱経路５２０を含むことができる。本体５１０は、下部本体５３６および上部本体５３８をさらに含むことができる。水平絶縁領域５１４（および／またはスリット５３４_１−４）は、下部本体５３６の部分を上部本体５３８から分離することができる。実施形態は、１つ以上のスリット５３４_１−４を含むものとして説明することができるが、実施形態は、熱を管理し、および／または下部本体５３６と上部本体５３８との間の熱伝達を低減するための他の機構を含むことができることに留意されたい。例えば、本体５１０は、孔状パターンの複数のアパーチャを含むことができる。別の態様では、スリット５３４_１−４は上部本体５３８と下部本体５３６との間の熱伝達を防止または低減し、一方で上部本体５３８を構造的に支持する断熱材料を含むことができる。

１つ以上の水平絶縁領域５１４が支持体５５０と交わってもよい。支持体５５０は、本明細書で説明するように、フランジ内に１つ以上のスリットを含むことができることに留意されたい。別の態様では、支持体５５０はアパーチャを含まなくてもよいが、絶縁材料を含んでもよい。例えば、誘電体および／または断熱材料を支持体５５０に利用することができる。支持体５５０は、上部本体５３８のための構造的支持を提供しながら、熱的および／または電気的分離を提供するように構成されてもよい。

一態様では、スリット５１４の内面は、一般に、ＰＢＮ層などのコーティング層の露出部分を含むことができる。このように、潜在的に損害または有害な雰囲気からコア層（例えば、ＰＧ）を分離することができる。少なくとも１つの実施形態では、ＰＧ層は、露出および／または別の材料にて被覆されてもよい。

図８は、様々な説明された態様によるヒータアセンブリ５００の一部の拡大図５７０を示す。拡大図５７０は、加熱経路５２０の従側５４４の近くの加熱アセンブリ５００の一部を示す。図示のように、従側５４４は、第１の主側５４０と第２の主側５４２とを電気的に接続することができる。絶縁領域５４６は、第１の主側５４０と第２の主側５４２との間に配置され、加熱経路５２０を画定することができる。誇張された曲がり部５４８は、「Ｔ字形」または「Ｙ字形」の形状を含み得る領域を含み得る。誇張された曲がり部５４８は、従側５４４に追加の断熱を提供することができる。例えば、誇張された曲がり部５４８は、ラングが所望の加熱プロファイルを提供するようにするさらなる分離を提供するように構成されてもよい。一例では、Ｔ字形またはＹ字形の形状は、加熱プロファイルを制御し、および／または従側５４４の近くのホット／コールドスポットを低減することができる。リップ５１２は、サセプタ支持体のような支持体を受け入れるために従側５４４の上に配置されてもよい。一態様では、従側５４４は、リップ５１２の遠位側５０２から第１の距離５７４であってもよい。例えば、従側５４４は、遠位側５０２から約２〜８ｍｍ、例えば５ｍｍであってもよい。別の態様では、誇張された曲がり部５４８は、従側５４４の端からの第２の距離５７２であり得る端部５７６を含んでもよい。例えば、第２の距離５７２は約２〜８ｍｍ、例えば約５ｍｍであってもよい。加熱アセンブリ５００の寸法および／または構成は、所望の用途および／または加熱プロファイルに応じて変化し得ることに留意されたい。

図９は、例示的な加熱システム８００である。加熱システム８００は、坩堝８２０に配置されたヒータアセンブリ８１０を含むことができる。ヒータアセンブリ８１０は、図２〜図８を参照して説明したものと同様の態様を含むことができる。坩堝８２０は、加熱用途のためにヒータアセンブリ８１０へ少なくとも部分的に外接してもよい。

図１０は、様々な説明された実施形態によるヒータアセンブリ９００を示す。図示のように、ヒータアセンブリ９００は、一端に配置されたフランジ９３０と第２の端部に配置されたリップ９１２とを有する本体９１０を含むことができる。本体９１０は、本明細書に記載されるように、および本開示の他の箇所に記載されるように、１つまたは複数の材料を含むことができる。例えば、本体９１０は、ＰＢＮ層のようなコーティング層によって取り囲まれ得るグラファイトコアを含むことができる。本体９１０は、所望のパターンまたはデザインを含み得る加熱経路９２０を含むことができる。例えば、加熱経路９２０は、１つ以上のラング９３２を含むことができる。ラング９３２は、主側９４２と従側９４４とを含むことができる。主側９４２は、水平な構成で配置されてもよい。一態様では、本体９１０は、通して配置された１つ以上のスリット９１４を含むことができる。スリット９１４は、本体９１０からフランジ９３０へのような熱伝達を低減するために、熱遮断またはバリアを提供することができる。一態様では、熱伝達の減少は、電源に接続され得る接続部分のような加熱経路９２０の露出部分を保護することができる。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、フランジに１つまたは複数のスリットを含むヒータアセンブリ１０００を示す。ヒータアセンブリ１０００は、他の図を参照して説明したものと同様の態様を含むことができることに留意されたい。例えば、ヒータアセンブリ１０００は、リップ、水平絶縁領域のスリットなどを含んでもよい。一実施形態では、ヒータアセンブリ１０００は、本体１０１０、フランジ１０３０、リップ１０１２、および加熱経路１０２０を含む。フランジ１０３０は、通して形成された１つ以上のスリット１０３２を含むことができる。フランジ１０３０は、ｉ個のスリット１０３２を含むことができ、ここでｉは数字（例えば、１、２、３、４など）であることに留意されたい。スリット１０３２は、熱によるフランジの応力を低減することができる。例えば、ヒータアセンブリ１０００は、強い熱を受けることがあり得る。熱により、フランジが曲がったり、縮んだり、または変形したりすることがあり得る。スリット１０３２は、応力緩和を可能にすることができ、材料が膨張したり、収縮したりすることを可能にし、または他の熱による応力を緩和することを可能にすることができる。

スリット１０３２は、フランジ１０３０の外周１０６０から内周１０６２に向かって延在することができる。一般にフランジ１０３０の幅に延在するように示されているが、スリット１０３２は、外周１０６０からフランジ１０３０の幅よりも小さく延在することができることに留意されたい。実施形態では、スリット１０３２は、互いに概して等間隔に離間していてもよく、互いに同様のサイズおよび形状にすることができる。しかしながら、スリット１０３２は、様々な位置に配置されてもよく、互いに異なる形状であってもよいことに留意されたい。別の態様では、スリット１０３２は、フランジ１０３０の材料を通して形成されるものとして記載されているが、スリット１０３２は、溝などを含んでもよいことに留意されたい。例えば、スリット１０３２は、材料が除去され得る領域であってもよい。

上述したことは、本明細書の実施例を含む。当然のことながら、本明細書を説明する目的で構成要素または方法論の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であるが、当業者であれば、本明細書の多くのさらなる組み合わせおよ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精神および範囲に入るそのような変更、修正および変形をすべて包含することが意図されている。さらに、用語「含む（includes）」が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される限り、そのような用語は、請求項において遷移語として使用される場合に「含む（comprising）」が解釈されるように、用語「含む（comprising）」と同様の態様で包括的であることが意図される。

本開示の態様を、以下の例に関して説明し、さらに理解され得る。例は説明のためのものに過ぎず、本明細書に開示された発明を材料、プロセスパラメータ、装置または条件に関して決して限定するものではないと理解されるべきである。

第１の例では、ヒータアセンブリ１１００は、ヒータアセンブリ１１００などのＰＢＮコーティングにカプセル化されたＰＧコアを含んでいた。ヒータアセンブリ１１００は、ヒータアセンブリ５００と同様の加熱経路、および誇張された曲がり部を含んでいた。図１２Ａは、ヒータアセンブリから得られた測定値を示す。ヒータアセンブリ１１００のフランジ１１３０は、本体１１１０よりも一般的に低温であり得る。別の態様では、本体１１１０は比較的に温度が安定していてもよい。リップ１１１２は、熱を管理して、リップ１１１２にわたって概して安定および／または均一な熱を提供するのを助けることができる。

第２の例では、ヒータアセンブリ１２００は、図２のものと同様のリップまたは「Ｔ字型」の誇張された曲がり部を含んでいなかった。むしろ、ヒータアセンブリ１２００は、図１のヒータアセンブリ１００のものと同様の円形の誇張された曲がり部を含んでいた。ヒータアセンブリ１２００の加熱プロファイルは、加熱経路によって少なくとも部分的に管理されていた。図１２Ｂに示すように、加熱プロファイルは、一般的に、熱がフランジ１２３０の近位で徐々に消散する区域または領域に分割された。これにより、概して不均一な温度を含む本体１２１０が得られた。

前述の説明は、ヒータアセンブリの様々な非限定的な実施形態を特定するものである。当業者および本発明を製造および使用することができる者には、改変が生じ得る。開示された実施形態は、単に説明のためのものであり、本発明の範囲または特許請求の範囲に記載された主題を限定するものではない。

Claims (11)

1. 本体であって、
   加熱経路を画定するi）上部本体、およびii）下部本体を含むグラファイトコアと、
   前記グラファイトコアの少なくとも一部をカプセル化するオーバーコート層と、
   前記下部本体を前記上部本体から分離する１つ又は複数の水平絶縁領域と、
   前記１つ又は複数の水平絶縁領域を通して形成され、前記上部本体と前記下部本体との間の熱伝達を遮断するように構成された１つ又は複数のスリットとを含む、本体と、
   前記本体の第１の端部に配置されたフランジとを含む、ヒータアセンブリ。
2. 前記グラファイトコアが、炭素、グラファイト、炭素結合炭素繊維、炭化ケイ素、金属、金属炭化物、金属窒化物、金属ケイ化物、またはそれらの２つ以上の組み合わせから選択される材料を含む、請求項１に記載のヒータアセンブリ。
3. 前記グラファイトコアが、熱分解グラファイトを含み、前記オーバーコート層が、熱分解窒化ホウ素を含む、請求項１に記載のヒータアセンブリ。
4. 前記加熱経路が、各ゾーンの長さにわたる可変出力密度勾配を有する少なくとも２つのゾーンを含み、前記少なくとも２つのゾーンの前記可変出力密度勾配が互いに異なる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヒータアセンブリ。
5. 前記加熱経路が、複数のラングを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヒータアセンブリ。
6. 前記ラングの主側が略垂直である、請求項５に記載のヒータアセンブリ。
7. 前記加熱経路が、少なくとも１つの誇張された曲がり部を含む、請求項５に記載のヒータアセンブリ。
8. 前記少なくとも１つの誇張された曲がり部が、Ｔ字形またはＹ字形の少なくとも１つを含む、請求項５に記載のヒータアセンブリ。
9. 前記本体の第２の端部に配置されたリップをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のヒータアセンブリ。
10. ヒータアセンブリを製造する方法であって、
    ベース層を提供し、
    グラファイトコアを前記ベース層に重ね合わせ、
    加熱経路を含むi）上部本体、およびii）下部本体を画定するように前記グラファイトコアを形成し、
    オーバーコート層を少なくとも前記グラファイトコアの上に重ね合わせ、
    前記上部本体と前記下部本体との間に絶縁領域を設けることを含み、
    前記ベース層および前記オーバーコート層が、窒化物、炭化物、炭窒化物、酸窒化物、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火硬質金属、遷移金属、もしくは希土類金属、またはそれらの２つ以上の組み合わせから選択される材料を含む、方法。
11. 少なくとも前記グラファイトコアを通る少なくとも１つのアパーチャを形成することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。

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