(57)【要約】  高温時の信頼性を改善した半導体処理装置に接合されている積層ヒータの製造方法。半導体処理に用いるためのヒータ組立体を形成する方法は、ヒータ基板を適用基板に熱的に固定するステップと、ヒータ基板を適用基板に固定した後に、積層ヒータをヒータ基板に適用するステップとを含む。積層ヒータを適用するステップは、ヒータ基板の上へ第１の誘電体層を適用するステップと、第１の誘電体層の上へ抵抗加熱層を適用するステップと、抵抗加熱層の上へ第２の誘電体層を適用するステップとを含む。ヒータ基板が、第１の誘電体層の少なくとも１つの熱膨張係数と抵抗加熱層の熱膨張係数とに適合されている熱膨張係数を有する材料を定める。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体処理に用いるためのヒータ組立体を形成する方法であって、
ヒータ基板を適用基板に熱的に固定するステップと、
前記ヒータ基板を前記適用基板に固定した後に、積層ヒータを前記ヒータ基板に適用するステップとを含み、前記積層ヒータを前記適用することは、
前記ヒータ基板の上へ第１の誘電体層を適用するステップと、
前記第１の誘電体層の上へ抵抗加熱層を適用するステップと、
前記抵抗加熱層の上へ第２の誘電体層を適用するステップと
を含み、
前記ヒータ基板が、前記第１の誘電体層の少なくとも１つの熱膨張係数と前記抵抗加熱層の熱膨張係数とに適合されている熱膨張係数を有する材料を定める方法。
【請求項２】
前記ヒータ基板が、前記適用基板にろう付けされる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
銀ろう材料が使用される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記積層ヒータの前記各層が、熱溶射プロセスにより適用される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
回路パターンが、レーザ除去プロセスにより前記抵抗加熱層に形成される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の誘電体層がアルミナ材料であり、前記ヒータ基板がモリブデン材料であり、前記適用基板がオーステナイト系ステンレス鋼材である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の誘電体層を適用する前に、ボンド・コート層を前記ヒータ基板に適用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の誘電体層の上にトップ・コート層を施し、続いて、所定の表面平坦性を実現するためのプロセスを用いて前記トップ・コートの一部を除去するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
半導体処理に用いるためのヒータ組立体を形成する方法であって、
ヒータ基板を適用基板にろう付けするステップと、
前記ヒータ基板を前記適用基板に固定した後に、積層ヒータを前記ヒータ基板に適用するステップとを含み、前記積層ヒータを前記適用することは、
熱溶射プロセスにより前記ヒータ基板の上へボンド・コート層を適用するステップと、
前記ボンド・コート層の上へ熱溶射プロセスにより第１の誘電体層を適用するステップと、
前記第１の誘電体層の上へ熱溶射プロセスにより抵抗加熱層を適用するステップと、
前記抵抗加熱層の上へ熱溶射プロセスにより第２の誘電体層を適用するステップと
を含み、
前記ヒータ基板が、前記誘電体層の少なくとも１つの第１の熱膨張係数と前記抵抗加熱層の熱膨張係数とに適合されている熱膨張係数を有する材料を定める方法。
【請求項１０】
銀ろう材料が使用される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
回路パターンが、レーザ除去プロセスにより前記抵抗加熱層に形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の誘電体層がアルミナ材料であり、前記ヒータ基板がモリブデン材料であり、前記適用基板がオーステナイト系ステンレス鋼材である、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
半導体処理に用いるためのヒータ組立体を形成する方法であって、
高温時にヒータ基板を適用基板に熱的に固定するステップと、
前記ヒータ基板を前記適用基板に適用した後に、少なくとも１つの機能層を前記ヒータ基板に適用するステップと
を含み、
前記ヒータ基板が、前記機能層の材料の熱膨張係数に適合されている熱膨張係数を有する材料を定め、前記機能層の前記材料が、前記熱的固定ステップの高温に耐えることができない方法。
【請求項１４】
前記機能層がボンド・コート層であり、
前記ボンド・コート層の上へ第１の誘電体層を適用するステップと、
前記第１の誘電体層の上へ抵抗加熱層を適用するステップと、
前記抵抗加熱層の上へ第２の誘電体層を適用するステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記各層が、熱溶射プロセスにより適用される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ヒータ基板が、前記適用基板にろう付けされる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
半導体処理に用いるためのヒータ組立体であって、
適用基板と、
前記適用基板に熱溶射プロセスにより固定されたヒータ基板と、
前記ヒータ基板の上へ積層プロセスにより配設された機能層と
を備え、
前記ヒータ基板が、前記機能層の熱膨張係数に適合されている熱膨張係数を有する材料を定めるヒータ組立体。
【請求項１８】
前記ヒータ基板が、前記適用基板にろう付けされる、請求項１７に記載のヒータ組立体。
【請求項１９】
前記機能層が、前記ヒータ基板の上へ熱溶射される、請求項１７に記載のヒータ組立体。
【請求項２０】
前記機能層がボンド・コート層であり、積層ヒータが、前記ボンド・コート層の上に配設された第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の上に配設された抵抗加熱層と、前記抵抗加熱層の上に配設された第２の誘電体層とをさらに備えた、請求項１７に記載のヒータ組立体。
【請求項２１】
前記各層が、熱溶射プロセスにより適用される、請求項２０に記載のヒータ組立体。
【請求項２２】
回路パターンが、レーザ除去プロセスにより前記抵抗加熱層に形成される、請求項２０に記載のヒータ組立体。
【請求項２３】
前記抵抗加熱層がヒータと温度センサの両方として機能するように十分な抵抗温度係数を有する材料で形成されている、請求項２０に記載のヒータ組立体。
【請求項２４】
前記第２の誘電体層の上に配設されたトップ・コート層をさらに備える、請求項１９に記載のヒータ組立体。
【請求項２５】
前記適用基板が、セラミックの上面を有する金属体を定める、請求項１６に記載のヒータ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１２年７月３日に出願した米国出願第１３／５４１，００６号の利益を主張する。上記出願の開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、積層ヒータに関し、より具体的には、高温時の信頼性を改善した半導体処理装置に接合されている積層ヒータに関する。
【背景技術】
【０００３】
本節における記述は、単に本開示に関連する背景情報を示すものであり、従来技術を構成するものではあり得ない。
【０００４】
典型的には、層ヒータは、積層プロセスにより基板上に適用された複数の機能層を含んでいる。この複数の機能層は、基板上の誘電体層と、誘電体層上の抵抗加熱層と、抵抗加熱層上の保護層とを含んでいる。異なる機能層及び基板のための材料は、高温時に結合界面で生じるせん断応力を減少させるため、適合した熱膨張係数（ＣＴＥ：Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）を有するように注意深く選択される。このせん断応力は、ヒータの故障を招くクラック又は層間剥離の発生を結合界面に引き起こし得る。
【０００５】
限られた数の材料だけが、特定の積層プロセスにより異なる機能層を形成するのに使用することができ、そのため、基板用の材料の選択の幅を狭めており、この基板は、当該基板上に適用される誘電体層のＣＴＥに適合するＣＴＥを有するか、又は加熱層のＣＴＥに適合するＣＴＥを有するべきである。例えば、アルミナ・セラミックが誘電体層を形成するために使用される場合、アルミナ・セラミックとの基板の化学及びＣＴＥの適合性により、基板を形成するためには窒化アルミナ又はモリブデンが一般に使用される。
【０００６】
いくつかの用途では、積層ヒータは、加熱対象に結合される必要があり得る。例えば、積層ヒータは、加熱式静電チャックを形成するために静電チャックに結合され得る。しかし、基板用の材料の選択の幅が狭いことが、積層ヒータを静電チャックに結合することを困難にさせている。積層ヒータの基板が、静電チャック本体のＣＴＥに適合しないＣＴＥを有する場合、加熱式積層ヒータ・チャックは、高温時の結合界面でのクラック又は層間剥離の発生により故障する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，１９６，２９５号
【特許文献２】米国特許出願第１１／４７５，５３４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態では、半導体処理に用いるためのヒータ組立体を形成する方法は、ヒータ基板を適用基板に熱的に固定するステップと、ヒータ基板を適用基板に固定した後に、積層ヒータをヒータ基板に適用するステップとを含む。積層ヒータを適用するステップは、ヒータ基板の上へ第１の誘電体層を適用するステップと、第１の誘電体層の上へ抵抗加熱層を適用するステップと、抵抗加熱層の上へ第２の誘電体層を適用するステップと
を含む。ヒータ基板が、第１の誘電体層の熱膨張係数に適合されている熱膨張係数を有する材料を定める。
【０００９】
さらなる適用可能分野は、本明細書に記載された説明から明らかになろう。この説明と特定の例は、単に例示の目的のためであり、本開示の範囲を限定することは意図されていないことを理解すべきである。
【００１０】
本明細書中に記載した図面は、単に例示の目的のためであり、いかなる形でも本開示の範囲を限定することは意図されていない。
【００１１】
本発明を良く理解できるように、次に、以下の添付図面を参照して、例により与えられる本発明の一実施例を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の教示により構築された積層ヒータの分解組立図である。
【図２】積層ヒータ及び加熱対象を含むと共に本開示の教示により構築されたヒータ組立体の断面図である。
【図３】積層ヒータ及び加熱対象を含むと共に本開示の教示により構築されたヒータ組立体の変形例の断面図である。
【図４】半導体処理に用いるためのヒータ組立体を形成する方法の流れ図である。
【図５】半導体処理に用いるための別のヒータ組立体を形成する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面のなかのいくつかの図にわたって、対応する参照符号は、対応する部分を示す。
【００１４】
以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、用途、又は使用を限定する意図はない。
【００１５】
図１を参照すると、本開示の教示により構築された積層ヒータ１０は、適用基板１２と、ヒータ基板１４と、このヒータ基板１４の上に形成された第１の誘電体層１６と、この第１の誘電体層１６の上に形成された抵抗加熱層１８と、この抵抗加熱層１８の上に形成された第２の誘電体層２０とを備えている。第１の誘電体層１６、抵抗加熱層１８、及び第２の誘電体層２０は、厚膜、薄膜、溶射、及びゾル・ゲル法などの積層プロセスにより形成されている。
【００１６】
図２を参照すると、積層ヒータ１０が加熱対象２２に結合されて、ヒータ組立体２５を形成している。例えば、加熱対象２２は、半導体処理用の加熱式静電チャックのチャック上部であり得る。適用基板１２及びヒータ基板１４は、異なる材料で作製され、複合チャックを形成するようにろう付けにより結合されている。
【００１７】
ろう付け層２４は、適用基板１２とヒータ基板１４の間に形成されている。ろう付け材料は、銀ろう付け材料とすることができる。本開示の範囲から逸脱することなく適用基板１２とヒータ基板１４を結合するために、溶接、はんだ付け、拡散接合、エポキシ接着、加硫などの他の結合プロセスが使用されてもよい。同様に、適用基板１２は、ろう付け、溶接、はんだ付け、拡散接合、エポキシ接着、加硫などの任意の従来の結合法により加熱対象２２に結合することができる。
【００１８】
適用基板１２は、加熱対象２２の熱膨張係数ＣＴＥに適合するＣＴＥを有する材料を含む。代替として、適用基板１２は、積層ヒータからの熱が伝達される加熱対象の一体化部分とすることができる。ヒータ基板１４は、誘導体層１６のＣＴＥに適合するＣＴＥを有する材料を含む。言い換えると、適用基板１２の材料は、加熱対象２２の材料によって決まり、一方、ヒータ基板１４の材料は、第１の誘導体層１６の材料によって決まる。
【００１９】
例えば、第１の誘電体層１６が、アルミナ・セラミックを含むとき、ヒータ基板１４は、窒化アルミナ又はモリブデンで作製することができる。適用基板１２は、第１の誘電体層１６及びヒータ基板１４の各材料にかかわらず、加熱対象２２に最も適した材料のＣＴＥに容易に適合できるＣＴＥを有する材料を含む。適用基板１２は、オーステナイト系ステンレス鋼で構成されており、このオーステナイト系ステンレス鋼は、幅広い材料選択に適合する。したがって、積層ヒータ１０は、加熱対象２２に比較的容易に結合される。
【００２０】
積層ヒータ１０は、厚膜、薄膜、溶射、及びゾル・ゲル法により形成された積層ヒータとすることができる。抵抗加熱層１８は、第１の誘電体層１４全体にわたって抵抗層を適用することによって形成することができ、続いて、レーザ除去プロセスにより回路パターンを形成する。
【００２１】
さらに別の形態では、抵抗加熱層１８は、加熱層１８がヒータと温度センサの両方として機能する（一般に２線式制御と呼ばれる）ように十分な抵抗温度係数を有する材料で形成されている。そのようなヒータ及びその材料は、例えば、米国特許第７，１９６，２９５号、及び係属中の米国特許出願第１１／４７５，５３４号に開示されており、これらは、通例で本出願と共に譲渡されており、それらの開示は全体として参照により本明細書に組み込まれる。
【００２２】
図３を参照すると、ヒータ組立体３０は、積層ヒータがボンド・コート層３２とトップ・コート３４とをさらに備えることを除いて、図２のヒータ組立体１０の構造と同様の構造を有する。ボンド・コート層３２は、ヒータ基板１４上に適用されている。トップ・コート３４は、第２の誘電体層２０上に適用されている。
【００２３】
複合基板を形成するために２つの基板を本開示で説明しているが、複合基板を形成するために３つ以上の基板が使用されてもよく、これにより、熱膨張係数の観点で複数の基板にわたる移行は徐々にもたらされる。
【００２４】
図４を参照すると、半導体処理に用いるためのヒータ組立体２５を形成する方法４０はステップ４２において、適用基板１２を加熱対象２２に接合することを含む。適用基板１２が、加熱対象２２の一体化部分であるときは、このステップは省かれる。次いで、ステップ４４において、ヒータ基板１４が、適用基板１２に熱的に固定される。この熱的な固定には、第１の温度におけるろう付け、溶接、はんだ付け、拡散接合、エポキシ接着、加硫が含まれる。次いで、適用基板１２が加熱対象２２に結合された後に、積層ヒータがヒータ基板１４に適用される。
【００２５】
積層ヒータをヒータ基板１４上へ適用することは、ステップ４６において、第１の誘電体層１６をヒータ基板１４上へ適用することを含む。次いで、ステップ４８において、抵抗加熱層１８が第１の誘電体層１６上へ適用される。抵抗加熱層１８は、第１の誘電体層１６に適用されるときに回路パターンを形成するように適用することができる。代替として、抵抗加熱層１８は、第１の誘電体層１６の全面上へ連続層を形成し、続いてレーザ除去プロセスにより所望の回路パターンを形成することによって適用されてもよい。最後に、ステップ５０において、第２の誘電体層２０が抵抗加熱層１８上へ適用される。この方法４０は、ステップ５２で終了する。
【００２６】
図５を参照すると、半導体処理に用いるためのヒータ組立体３０を形成する方法６０は、ボンド・コート層及びトップ・コートを適用するステップを除いて、図４の方法４０と同様である。より具体的には、この方法６０は、ステップ６２において、適用基板１２を加熱対象２２に接合することを含む。次いで、ステップ６４において、ヒータ基板１４が、適用基板１２に熱的に固定される。この熱的な固定には、第１の温度におけるろう付け、溶接、はんだ付け、拡散接合、エポキシ接着、加硫が含まれる。その後、ヒータ基板１４が適用基板１２に結合された後に、積層ヒータがヒータ基板１４に適用される。
【００２７】
積層ヒータをヒータ基板１４上へ適用することは、ステップ６６において、ボンド・コート層３２をヒータ基板１４上へ適用することを含む。次いで、ステップ６８において、第１の誘電体層１６が、ボンド・コート層３２上へ適用される。ステップ７０において、抵抗加熱層１８が、第１の誘電体層１６上へ適用される。ステップ７２において、第２の誘電体層２０が、抵抗加熱層１８上へ適用される。ステップ７４において、トップ・コート３４が、第２の誘電体層２０の上に適用される。最後に、ステップ７６において、トップ・コート３４の一部を除去して所定の表面平坦性を実現する。この方法６０は、ステップ７８で終了する。
【００２８】
本開示の方法４０及び６０では、ろう付けを使用してヒータ基板１４を適用基板１２に有効かつ確実に結合する。適用基板１２は、加熱対象２２の材料のＣＴＥに適合するＣＴＥを有する材料で作製されている。ヒータ基板１４は、第１の誘電体層１６の材料のＣＴＥに適合するＣＴＥを有する材料で作製されている。この複合基板により、ヒータ層は、ヒータ基板１４のＣＴＥに適合しない（すなわち、このＣＴＥとはかなり異なる）ＣＴＥを有する加熱対象２２に適用されることが可能になる。
【００２９】
また、比較的高い温度を必要とするろう付けプロセスは、積層ヒータの様々な機能層がヒータ基板１４に適用される前に実行される。したがって、この積層ヒータは、ろう付けプロセス中に望ましくない高温にさらされず、これによりその完全性を維持することができる。
【００３０】
本方法は、適用基板を用いることによって、積層ヒータのＣＴＥを任意の加熱対象２２により良く適合させることを可能にする。本方法は、積層ヒータの異なる機能層がヒータ基板上に形成される前に、ヒータ基板を適用基板にろう付けすることにより積層ヒータの完全性を確かなものにもする。したがって、本方法は、ヒータ組立体の物理的特性／材料特性、例えば、機械加工性、表面粗さ、表面硬さ、化学的適合性、熱伝導性、電気伝導性、放射率、外見、コストなどを改善することができる。
【００３１】
本開示の説明は、本質的に単なる例示であり、したがって、本開示の趣旨から逸脱しない変形例は、本開示の範囲内であることが意図される。そのような変形例は、本開示の趣旨及び範囲からの逸脱とみなされるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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2015523732.tif 000009
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