(57)【要約】【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
2008016796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【特許文献１】日本公開特許第１１−３１７２８３号公報
【特許文献２】日本公開特許第２００４−１４６５７０号公報
【特許文献３】日本公開特許第２００２−３７３８４６号公報
【特許文献４】米国公開特許第２００２−１８５４８８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
ウェーハ加工装置の一般的な実施形態
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３から選択された焼結剤、並びにこれらの組合せを含む。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、ＮａＺｒ２（ＰＯ４）３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。
【００２５】
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）１（Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｌｎ）ｍ（Ｐ、Ｓｉ、ＶＡｌ）ｎ（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（Ｙ２Ｏ３）及びカルシア（ＣａＯ）を含む。
【００２６】
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。
【００２７】
１つの実施形態では、保護コーティング層２５は、ＳｉＯ２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。
【００２８】
別の実施形態では、保護コーティング層２５は、Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２（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、Ｌａ２Ｏ３、又はＮｉＯ、ガラスのＣＴＥを減少させるＺｒＯ２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−Ａｌ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２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、Ｌａ２Ｏ３、ＺｒＯ２、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％Ａｌ２Ｏ３；１０−２５モル％Ｂ２Ｏ３、２５−４０モル％ＳｉＯ２；０−１０モル％のＬａ２Ｏ３；０−１０モル％ＺｒＯ２；０−１０モル％ＮｉＯを含み、モル比Ｂ２Ｏ３／ＳｉＯ２は、０．２５から０．７５までの範囲である。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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８】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。
【図９】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】
【００５２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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