(57)【要約】【課題】  機械的強度及び動作寿命の向上したウェーハ加工装置の提供。【解決手段】  ウェーハ加工装置、すなわち加熱装置又は静電チャックは、平面支持プラテンと、中央に位置するボアを有する支持シャフトと、シャフト内に位置する導電体のペアとを備える。一実施形態では、導電体は、シャフトボア内に同軸に位置し、第１の導線は、熱分解グラファイトロッドの形態であり、熱分解窒化ホウ素（ｐＢＮ）コーティングで外側の第２のグラファイト導線から分離される。第２の実施形態では、支持プラテン及び支持シャフトは単一の一体型グラファイト体から形成される。本発明の装置のさらに別の実施形態では、接続ポストは、炭素繊維複合材料を含み、導電体の露出端部は、動作中の寿命延長を図るために保護セラミックペーストで被覆される。
2006517740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱すべき対象物を支持するためのグラファイトからなるプラットフォームであって、上下に比較的平坦な面を有する基板を備えるプラットフォーム、
プラットフォームに実質的に横断方向に延在するグラファイトからなるシャフト、
上記平坦面の少なくとも一方に設けられた第１のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される１種以上の材料からなる第１コーティング、
所定の幾何形状のパターン配列で第１コーティング上に設けられた熱分解グラファイトからなる第２のコーティング層であって、１以上の電極の形成に適合した２以上の別個の端部を有する第２コーティング層、及び
第１及び第２コーティング上に積層した誘電材料の第３のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される１種以上の材料からなる第３コーティング
を備えるウェーハ加工装置。
【請求項２】
当該装置が静電チャックであって、前記電極がチャック電極である、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項３】
当該装置がヒータであって、前記電極が加熱素子電極である、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項４】
前記グラファイトプラットフォームがディスク、プラテン及びシリンダのいずれかである、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項５】
前記グラファイトシャフトがロッド及び中空コアのいずれかである、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項６】
第２コーティングが、スパイラルパターン、サーペンタインパターン、螺旋パターン、ジグザグパターン、連続ラビリンスパターン、螺旋コイル状パターン、スワールパターン、不規則回旋状パターン及びこれらの組合せの１以上を有する電気流路の１以上に配置された熱分解グラファイトの細長い連続ストリップを形成するようにパターン化されている、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項７】
パターン形成された第２コーティングがプラットフォームの下面に形成される、請求項６記載のウェーハ加工装置。
【請求項８】
熱分解グラファイトの第２コーティング層が、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及び希土金属、或いはこれらの複合体及び／又は組合せからなる群から選択される元素の少なくとも窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物で封入される、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項９】
熱分解グラファイトの第２コーティング層がＡＩＮ又は熱分解窒化ホウ素で封入される、請求項８記載のウェーハ加工装置。
【請求項１０】
前記グラファイトシャフト及びグラファイトプラットフォームが単一の一体ボディをなす、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項１１】
グラファイトシャフトがさらに、電極を外部電源に接続するための２以上の導電体を含む、請求項１記載のウェーハ加工装置。
【請求項１２】
２つの導電体が同軸であって、第１の導電体が第２の導電体内部に配置される、請求項１１記載のウェーハ加工装置。
【請求項１３】
２つの導電体がグラファイトシャフトの両側に対称的に配置される、請求項１１記載のウェーハ加工装置。
【請求項１４】
シャフトが本質的に中実であって、２つの導電体がグラファイトシャフトの両側に対称的に配置されたコーティング層である、請求項１３記載のウェーハ加工装置。
【請求項１５】
シャフトが中空コアであって、２つの導電体がシャフト内に配置され、しかも２つの導電体が同軸である、請求項１１記載のウェーハ加工装置。
【請求項１６】
２つの同軸導電体が共通の中心を有する、請求項１５記載のウェーハ加工装置。
【請求項１７】
第１の導電体がグラファイトロッドの形態であり、第２の導電体が中空グラファイトロッドであり、第１及び第２の導電体がＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及び希土金属、或いはこれらの複合体及び／又は組合せからなる群から選択される元素の少なくとも窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される材料からなるコーティング層で分離される、請求項１１記載のウェーハ加工装置。
【請求項１８】
当該装置が、１以上の電極を外部電源に接続する２以上の導電体を備えており、各導電体が外部電源との接続に適合した端部を有し、導電体の各々の端部が圧電セラミックペースト、可塑剤、導体及びこれらの組合せの１以上を含む少なくともセラミックペーストで被覆される、請求項１１記載のウェーハ加工装置。
【請求項１９】
加熱すべき対象物を支持するためのグラファイトからなるプラットフォームであって、上下に比較的平坦な面を有する基板を備え、少なくとも貫通コンタクトホールボアを有するプラットフォーム、
プラットフォームに実質的に横断方向に延在するグラファイトからなるシャフトであって、プラットフォームのコンタクトホールに挿入してプラットフォームと結合するシャフト、
上記平坦面の少なくとも一方に設けられた第１のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される材料からなる第１コーティング、
所定の幾何形状のパターン配列で第１コーティング上に設けられた熱分解グラファイトからなる第２コーティング層であって、１以上の電極の形成に適合した２以上の別個の端部を有する第２コーティング層、及び
第１及び第２コーティング上に積層した誘電材料の第３のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される１種以上の材料からなる第３コーティング
を備えるウェーハ加工装置であって、プラットフォームのコンタクトホールが実質的にＲ付き縁部を有するウェーハ加工装置。
【請求項２０】
前記コンタクトホールの穿孔にボールミルが使用される、請求項１９記載のウェーハ加工装置。
【請求項２１】
前記シャフトとプラットフォームが拡散接合されている、請求項１９記載のウェーハ加工装置。
【請求項２２】
加熱すべき対象物を支持するためのグラファイトからなるプラットフォームであって、上下に比較的平坦な面を有する基板を備えるプラットフォーム、
プラットフォームに実質的に横断方向に延在する１以上のシャフト、
上記平坦面の少なくとも一方に設けられた第１のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される材料からなる第１コーティング、
所定の幾何形状のパターン配列で第１コーティング上に設けられた熱分解グラファイトからなる第２のコーティング層であって、１以上の電極の形成に適合した２以上の別個の端部を有する第２コーティング層、
第１及び第２コーティング上に積層した誘電材料の第３のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される１種以上の材料からなる第３コーティング、
加熱素子電極を外部電源に接続するためにシャフト内に配置された２以上の導電体、及び
加熱素子電極の別個の端部をシャフト内に配置された導電体と接続するための複数の接続ポスト
を備えるウェーハ加工装置であって、接続ポストが炭素繊維複合材料からなるウェーハ加工装置。
【請求項２３】
加熱すべき対象物を支持するためのグラファイトからなるプラットフォームであって、上下に比較的平坦な面を有する基板を備えるプラットフォーム、
プラットフォームに実質的に横断方向に延在する１以上のシャフト、
上記平坦面の少なくとも一方に設けられた第１のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される材料でからなる第１コーティング、
所定の幾何形状のパターン配列で第１コーティング上に設けられた熱分解グラファイトからなる第２のコーティング層であって、加熱素子電極の形成に適合した２つの別個の端部を有する第２コーティング層、
第１及び第２コーティング上に積層した誘電材料の第３のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される１種以上の材料からなる第３コーティング、及び
加熱素子電極を外部電源に接続するためにシャフト内に配置された２以上の導電体であって、互いに内部に配置されて本質的に中実のシャフトを形成する導電体
を備えるウェーハ加工装置。
【請求項２４】
加熱すべき対象物を支持するためのグラファイトからなるプラットフォームであって、上下に比較的平坦な面を有する基板を備えるプラットフォーム、
プラットフォームに実質的に横断方向に延在するシャフト長を有する１以上のシャフト、
上記平坦面の少なくとも一方に設けられた第１のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される材料でからなる第１コーティング、
第１のコーティング上及びシャフトの少なくとも一部の上に設けられた熱分解グラファイトからなる第２コーティング層であって、所定の幾何形状のパターン配列を形成し、１以上の電極の形成に適合した２つの別個の端部を有する第２コーティング層、
第１及び第２コーティング上に積層した誘電材料の第３のコーティングであって、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及びこれらの組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物からなる群から選択される１種以上の材料からなる第３コーティング、及び
１以上の電極を外部電源に接続するためシャフト内に配置された２以上の導電体
を備えるウェーハ加工装置。
【請求項２５】
第２コーティング層がシャフト長の少なくとも５％下方に延在してシャフトの少なくとも一部を覆う、請求項２４記載のウェーハ加工装置。
【請求項２６】
第２コーティング層がシャフト長の少なくとも１０％下方に延在してシャフトの少なくとも一部を覆う、請求項２５記載のウェーハ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体製造に使用されるウェーハ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばヒータ及び静電チャックなどのウェーハ加工装置は、分子線エピタキシー、宇宙実験、電子顕微鏡検査用基板ヒータ及び超伝導薄膜成長などの幾つかのシステム用途に使用されている。ヒータは通例、半導体製造の際の半導体ウェーハの加熱に使用される。ウェーハ処理アセンブリは、ウェーハを支持するためのサセプタ及びウェーハ加熱用にサセプタの下に配置される複数のヒータを含んでいてもよい。半導体ウェーハは、比較的高温の処理容器内の拘束された環境の中で加熱されるが、極めて腐食性の高い雰囲気中で加熱されることが多い。ウェーハの加熱温度は、所望の処理温度に達した後で所定の範囲内に制御される。従前、加熱装置は耐火性金属電線を埋設した焼結セラミック体で形成された加熱プラテンからなるのが通例であった。耐火性金属電線は、外部電源に接続したときに発熱抵抗要素として動作する。しかし、抵抗要素はセラミック材料に埋設されているので、加熱装置で発生してウェーハに供給することができる電力量は限られており、利用できる電力量が制限される。
【０００３】
熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）は、アンモニアと三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）のようなホウ素含有ガスとの気相反応による反応チャンバ内での窒化ホウ素の化学気相堆積で形成される。熱分解窒化ホウ素は、純度が非常に高く、基板から分離又は切り離せば、精製熱分解窒化ホウ素の自立性物品を形成する。その他の場合、熱分解窒化ホウ素コーティングを基板に接着させて被覆製品を形成することもできる。
【０００４】
従来技術では、ヒータは通例、窒化ホウ素からなる誘電体ベース部と、グラファイト（さらに具体的には熱分解グラファイト）のような抵抗加熱可能な導電材料から形成された加熱素子とを含む。加熱素子は、抵抗ヒータを形成するために外部電源に接続される。超伝導薄膜成長などの特定の用途には、超伝導薄膜を成長させる反応チャンバの雰囲気に酸素を導入する必要がある。雰囲気中の酸素は、加熱ユニット内の露出グラファイト導体と反応して導体を酸化させ開回路を生じる。
【０００５】
米国特許第５３４３０２２号には、複数のグラファイトポスト（又はシャフト）コネクタを用いた熱分解加熱素子が開示されている。シャフトは、外部電源に取付ることができるように内部タップ穴を有する。次に、集成加熱素子及びシャフトは、導体及びシャフトを封入してグラファイトをプロセス化学から隔離するために熱分解窒化ホウ素で被覆される。独立した複数のポストに複数のリード電線を備えるこの設計では、作動中の熱膨張によって導線回りの機械的接続部で応力が大きくなり、加熱素子又は導線が破断することが多々ある。用途によっては、設備の熱応力が加熱素子との電気的接触ポイントでアークを引き起し、加熱ユニットが損傷して機能しなくなる。
【０００６】
米国特許第６０６６８３６号には、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）製の比較的高純度化合物からなる支持面（ウェーハホルダ）と支持シャフトとを含む抵抗加熱基板ホルダを有する加熱構造体が開示されており、支持シャフトはウェーハホルダに拡散接合されている。
【０００７】
今回、出願人は、一体型構造を用いたウェーハ加工装置（例えば加熱装置）を開発したが、これは、例えば、半導体ウェーハの加熱用外部電源に導体を介して接続した加熱素子として熱分解グラファイトのＣＶＤ（化学気相堆積）薄膜を含むグラファイト支持プレートと、導電体を収容して半導体ウェーハの処理に用いられる容器内の過酷な腐食性雰囲気に導電体が暴露されるのを防止するグラファイトシャフトとのアセンブリである。従来技術のＡＩＮではなくグラファイトを使用すると、半導体ウェーハ製造における発熱構造体の性能が驚くほど改善される。
【０００８】
本発明は、さらに、機械的強度及び動作寿命の向上した熱分解加熱素子の電気接続アセンブリの新規設計に関する。
【特許文献１】米国特許出願第６０／４４１１６５号明細書
【特許文献２】米国特許出願第６０／４４２４０９号明細書
【特許文献３】米国特許第５３４３０２２号明細書
【特許文献４】米国特許第６０６６８３６号明細書
【特許文献５】米国特許第３１８２００６号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ａ）グラファイト基板を含み、加熱すべき対象物を載置するのに適合したグラファイトプラットフォームと、ｂ）プラットフォームに実質的に横断方向に延在するグラファイトシャフトとのアセンブリからなるウェーハ加工装置であって、グラファイト基板が、熱分解窒化ホウ素及び窒化アルミニウムから選択される材料の第１の層と、第１コーティング上に設けられ１以上の電極を形成するための２つの別個の端部を有する所定の幾何形状の配列でパターン形成された熱分解グラファイトの第２の層と、第１及び第２コーティング上に積層された誘電材料の第３のコーティングとで被覆されたウェーハ加工装置に関する。
【００１０】
本発明の一実施形態では、シャフトのグラファイトコアは、中実でも中空でもよく、電極を外部電源に接続するための２以上の導電体を備える。一実施形態では、導電体はグラファイトシャフトの両側に対称的に配置される。第２の実施形態では、導電体はグラファイトシャフト内に同軸に配置される。
【００１１】
本発明は、さらに、接続ポストが炭素繊維複合体からなり、動作寿命が向上するように電気コネクタの露出端部が保護セラミックペーストで被覆されたウェーハ加工装置に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のウェーハ加工装置は、本明細書中では、半導体の製造又は半導体の試験のための装置をいう。具体例としては、静電チャック、加熱ジグ、加熱プレート（セラミックヒータ）などが挙げられる。
【００１３】
グラファイトからなる基板ホルダと支持シャフトの一体型アセンブリ
図１を参照すると、抵抗基板ホルダ１２及び取付構造体１４を備えた本発明のウェーハ加熱装置１０の一実施形態の概略断面図を示す。基板ホルダは平面を有しており、その上に半導体材料（図示せず）の基板を載置して半導体ウェーハ製造チャンバで処理することができる。
【００１４】
本発明の一実施形態では、ウェーハ加熱装置１０は、プラットフォーム１２と、該プラットフォーム１２からその長手方向軸に実質的に横断方向に延在するシャフトの形態の取付構造体１４との一体型アセンブリからなる。
【００１５】
一実施形態では、プラットフォーム１２はグラファイトからなる基板１６を備えており、グラファイトはディスク、プラテン又はシリンダなど所望の構成に機械加工すればよい。図２は、図１のプラットフォーム１２の矢視Ｂ−Ｂ断面図であって、プラットフォーム１２の両側の実質的に平坦な面１７及び１８を示すが、これらは基板１６の上面と下面を表し、化学気相堆積（ＣＶＤ）又は以下でさらに詳細に説明する当技術分野で公知のプロセスで形成される１以上の多層コーティング層が設けられている。
【００１６】
図示した通り、誘電体ベース層１９及び２０が、グラファイト基板１６の平坦面１７及び１８にコーティングとして堆積される。その後、熱分解グラファイト層２１及び２２が、それぞれ誘電体ベース層１９及び２０上に（例えばＣＶＤで）堆積される。熱分解グラファイトは本質的に高度に配向した多結晶質グラファイトであり、メタン、エタン、エチレン、天然ガス、アセチレン及びプロパンなどの炭化水素ガスの高温熱分解によって生成する。
【００１７】
一実施形態では、熱分解グラファイト層２１及び２２上にそれぞれ誘電材料２４及び２５のオーバーコートが堆積される。この誘電体層がそれぞれ上部熱分解グラファイト層２１及び下部熱分解グラファイト層２２を封入する。上部熱分解グラファイト層２１は誘電体層１９及び２４の間に封入され、下部熱分解グラファイト層２２は誘電体層２０及び２５の間に封入される。
【００１８】
本発明の誘電コーティング層は、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、耐火性硬質金属、遷移金属及び希土金属、或いはこれらの複合体及び／又は組合せからなる群から選択される元素の窒化物、炭化物、炭窒化物又は酸窒化物の１以上を含む。具体例としては、熱分解窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化チタンアルミニウム、窒化チタン、炭窒化チタンアルミニウム、炭化チタン、炭化ケイ素及び窒化ケイ素がある。一実施形態では、コーティング層はｐＢＮからなる。第２の実施形態では、コーティング層はＡＩＮからなる。第３の実施形態では、コーティング層はＡＩＮとＢＮの複合体である。第４の実施形態では、コーティング誘電体層は、熱分解窒化ホウ素（ＰＢＮ）に電気抵抗率が１０１４Ω・ｃｍ未満となるように約３重量％未満の量の炭素ドーパントを添加した組成物からなる。さらに第５の実施形態では、コーティング層は、Ｙ２Ｏ３を少量、例えば１００重量％の窒化アルミニウムに対して５重量％添加した窒化アルミニウムからなる。ｐＢＮ及びＡＩＮは共に優れた絶縁及び導電特性を有し、気相から容易に堆積させることができる。これらは、高温安定性も併せもつ。さらに、これらは熱分解グラファイトベース部（黒色）と異なる色（白色）を有し、電気的パターンを形成する段階でパターンとコーティング層を視覚的に容易に識別することができる。
【００１９】
本発明の一例では、ｐＢＮを誘電材料として用いるが、これは極めて異方性が高く、平面での熱伝導率が厚さ横断方向の熱伝導率よりも通例３０倍以上も高い。ｐＢＮは、一般に、米国特許第３１８２００６号に記載されているように、化学気相堆積法で形成される。この方法では、アンモニアと三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）のような気体ハロゲン化ホウ素の蒸気を適当な比率で導入して適当な基板の表面に熱分解窒化ホウ素堆積物を形成するが、これは、一実施形態では、熱分解グラファイトで被覆したグラファイトボディ１６である。
【００２０】
本発明のさらに別の実施形態では、熱分解グラファイト２１又は２２のコーティング層のいずれか一方は、例えば、スパイラル又はサーペンタイン幾何形状の所定のパターンに機械加工され、両端（図示せず）を有する熱分解グラファイトの細長い連続ストリップの形態で抵抗加熱素子又は電気流路を形成する。別の実施形態では、電気流路は、スパイラルパターン、サーペンタインパターン、螺旋パターン、ジグザグパターン、連続ラビリンスパターン、螺旋コイル状パターン、スワールパターン、不規則回旋パターン及びこれらの組合せの１以上を有する。
【００２１】
別の実施形態では、熱分解グラファイト２１のコーティング層つまり上部コーティング層は、そのままでもよいし、ＲＦ極として使用してもよいし、或いは静電チャック電極に使用してもよい。
【００２２】
シャフト１４（図３に本発明の一実施形態の断面図を示す）は、グラファイトの中実体から機械加工して中空グラファイトコア３０を形成し、その後グラファイト基板１６と拡散接合する。別の実施形態では、シャフト１４は、シャフト１４とプラットフォーム１２が単一の一体グラファイトボディをなすようにグラファイト基板１６の形成と統一的に製造される。
【００２３】
図に示すように、誘電体層３１は、シャフト１４の中空グラファイトコア３０上に積層される。次に、２つの導電層３２及び３３を、グラファイトコア３０の両側の誘電体層３１上に形成する。一実施形態では、導電層３２及び３３は熱分解グラファイトからなる。次いで、誘電材料３４（例えばｐＢＮコーティング層又は上述の誘電材料のいずれか）を、２つの導電層３２及び３３上のオーバーコートとして堆積する。一実施形態では、誘電体層３１は、誘電体ベース層１９及び２０の形成と同時に形成される。同様に、一実施形態では、誘電体層３４は、グラファイト基板１６上の誘電体層２４及び２５の形成時に形成される。こうして、導体３２及び３３も各々誘電材料中に封入される。
【００２４】
一実施形態では、各「コーティング」層は０．００５インチ〜０．２０インチの厚さを有する。別の実施形態では、約０．０１インチ〜０．１０インチである。第３の実施形態では、オーバーコート層は約０．０５インチ未満の厚さを有する。
【００２５】
なお、熱膨張率の異なる異種層の湾曲又は破損を防ぐため部材間の熱的整合性を高める１以上の層を追加してもよい。また、層と基板との接着性を高める層を用いてもよい。
【００２６】
また、様々な方法で、グラファイトシャフト／グラファイトボディ／グラファイト基板上に１以上のコーティング層を堆積することができる。一実施形態では、上記層の１以上を物理蒸着（ＰＶＤ）法で施工することができるが、コーティング材料（例えば窒化ホウ素及び／又は窒化アルミニウム）は純然たる物理的方法によって真空中で気相に移行し、被覆すべき表面に堆積する。多数の変法を用いてもよい。一実施形態では、コーティング材料を高真空下で表面に堆積するが、コーティング材料を抵抗加熱、電子又はレーザ照射、アーク蒸着などで加熱して、固体から液体を経て気体へと、或いは固体から気体に直接移行させる。また、スパッタリング法を用いることもでき、この方法では、各コーティング材料からなる固体ターゲットを真空中で高エネルギーイオン（例えば不活性化ガスイオン、特にアルゴンイオン）によってアトマイズし、イオン源は例えば不活性ガスプラズマである。最後に、各コーティング材料からなるターゲットを真空中でイオンビーム照射し、気相に移行させて、被覆すべき表面に堆積させることもできる。無論、上述のＰＶＤ方法を組合せてもよく、上記層の１以上を例えばプラズマ気相堆積法で堆積させてもよい。
【００２７】
本発明の実施形態の変法又は追加のコーティング層として、上記層の１つを化学気相堆積（ＣＶＤ）で堆積することができる。また、本発明のさらに別の実施形態では、例えばプラズマ入射法などの熱入射法で上記層の１以上を堆積させることができる。別の実施形態では、溶射法が用いられる。比較的「厚い」、すなわち０．０３インチ以上の厚さのコーティング層に関する別の実施形態では、コーティング材料を単に液体塗料として塗布した後、十分に高温で乾燥してコーティングを乾燥させる。
【００２８】
一実施形態では、グラファイト基板１６の下面に封入熱分解グラファイト層２２を設ける。機械加工された下面熱分解グラファイトコーティング層２２の各端部（図示せず）に導体３２及び３３の一端を接続し、導体３２及び３３の反対側の端部は、加熱装置１０の外部に延びるように適合していて、各導体３２及び３３を外部電源に接続する（図示せず）。本発明の一実施形態では、シャフト１４内の導体３２及び３３は、ｐＢＮ被覆グラファイトの接続ポスト（図示せず）を介してパターン形成された熱分解グラファイトヒータ２２に接続される。
【００２９】
本発明のさらに別の実施形態では、上面に封入された熱分解グラファイト層２１は、プラズマ発生用のＲｆ面として作用するが、この場合、追加のグラファイトポストを中空シャフト１４内に設けて上部グラファイト層２１に接続して内部導体として機能させる。この場合、シャフト１４は中空であってもよいし、或いは、ポスト３５をシャフト１４に形成されたボア内に滑り嵌合してシャフト１４は本質的に中実のままとすることもできる。
【００３０】
改良型ポスト電気接続部
本発明の一実施形態では、接続ポスト（又はピン）は炭素繊維複合材料で作られ、ウェーハ加工環境での化学的浸食から保護するため、誘電コーティング層（例えばｐＢＮ）で被覆される。本明細書で用いる炭素繊維複合材料とは、例えば、炭素／炭素複合体又は炭素繊維複合体のような炭素マトリクスを含む材料をいう。かかる材料は、高いスチフネス及び低い密度を有し、熱膨張率（ＣＴＥ）が実質的にゼロであり、未硬化熱硬化性エポキシ樹脂バインダーで予め含浸した状態、又はバインダーを後で添加する繊維など様々な形態で多数の供給元から市販されている。
【００３１】
酸化その他プロセス化学による攻撃は、ヒータのポスト接続部故障の主要発生源であることが知られている。実験で、本発明の一実施形態に係る炭素繊維複合接続ポストを用いた加熱素子の故障率は、従来技術のグラファイトポスト接続部の１／３にすぎないことが判明した。
【００３２】
同軸電気接続部を備えるウェーハ加熱装置
本発明の一実施形態では、２つの導体すなわち導線は、図４に示すようにシャフト１４内で同軸設計である。本明細書で用いる同軸とは、一方の導電体が他方の導電体内にあることを意味し、例えば、一方の導線が他方の導線の外側にあって囲繞している。一実施形態では、第１の導電体は、第２の導電体内にあり、両導電体が共通の中心又は互いにほぼ共通の中心を有している。第３の実施形態では、第１及び第２の導電体は同軸設計のものであり、本質的に中実のシャフトを形成する。
【００３３】
一実施形態では、同軸導体の複数の「ペア」を、一体型シャフトの中空コア内に配置してもよい。２つの支持ポスト又はシャフトを有するウェーハの実施形態では、同軸導体の各ペアは、２つの支持シャフトの各々の内部に収容される。
【００３４】
図に示すように、第１の導線４２（正又は負のいずれでもよい）はグラファイトロッドから機械加工され、誘電コーティング層４１（例えばｐＢＮ）で他方の反対の導線４３（負又は正）から隔離され、反対つまり第２の導線は外側グラファイト同軸層の形態である。次いで、両方の導線（すなわち導体）を保護のために少なくとも別の誘電コーティング層で被覆される。
【００３５】
同軸電気接続部に関する本発明の別の実施形態では、導体はシャフト１４の外側に位置し、第１の導線はシャフト１４の右外側に隣接し、第２の導線はｐＢＮコーティング層で第１の導線から分離され、さらにウェーハ加工環境から保護するため、ｐＢＮ層４４で被覆される。
【００３６】
単一（同軸設計）の占有面積は、従来技術におけるような２つの別個の導線の合計面積よりも小さい。また、グラファイトポスト又はシャフト内で複数のセットの同軸導線を使用又は収容することができ、同軸設計は、一体型アセンブリを採用する加熱装置又は複数の接続ポストに使用することができる。
【００３７】
改良型コンタクトホール（バイア）構造
上述の通り、出願人は、基板ホルダ／プラットフォーム１２及び取付構造体１４のアセンブリ用構造材料としてグラファイトを使用すると、従来技術のウェーハ支持装置と比較して格段に高いレベルの熱応力耐性を有するウェーハ支持装置が得られるという予想外の知見を得た。
【００３８】
本発明の一実施形態では、一体型アセンブリは、単一片のグラファイトから形成され、プラットフォーム１２と構造体１４を形成するように機械加工される。別の実施形態では、プラットフォーム１２及び取付構造体１４は、２つのグラファイト片から機械加工され、次いで互いに接合して一体型アセンブリを形成する。
【００３９】
プラットフォーム１２及び取付構造体１４が２つのグラファイト片からなる本発明の一実施形態では、取付構造体又はシャフト１４をバイア５１を介してプラットフォーム１２に取り付ける。本明細書で用いる「バイア」という用語は、取付構造体、ポスト、ペデスタルポスト又はシャフトを挿入するためのプラットフォーム１２を貫通する穴又は円筒形ボアを表す「コンタクトホール」と同義に用いられる。
【００４０】
組立方法の一実施形態では、ミルを使用してプラットフォーム１２のグラファイト層５３を機械加工してバイア５１を形成する。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、誘電体層（例えばｐＢＮ）で被覆されたグラファイトロッドをバイア５１に挿入して着座させる。ロッド１４をバイア５１に挿入した後、ロッド１４の隆起した頂面を適宜機械加工してプラットフォーム１２の表面と等しくなるようにすればよい。グラファイトロッド５１（バイアを貫通する）の露出頂部を含むプラットフォーム１２の頂面は、次いでｐＢＮなどの誘電コーティング層５２で被覆される。
【００４１】
本発明の一実施形態では、ボールミルを使用して、丸みのあるコーナ又は陥凹ラインを有するコンタクトホールにするために、グラファイトロッド１４を取り付ける前にプラットフォーム１２を穿孔してバイア５１を形成する。出願人は、図５Ｂに示すようなＲ付き（すなわち丸みの付いた）丸い滑らかな曲線状の遷移部又は形状の縁部を有するコンタクトホールの穿孔に、Ｒ付きボールミルその他当技術分野で公知の同様の工具を使用すると、平坦なエンドミルを使用して機械加工したバイア又はコンタクトホールで図５Ａに示す四角い又は直線状のコーナのコンタクトホールを有するウェーハヒータと比較して、本発明のウェーハヒータの寿命が延びるという予想外の知見を得た。
【００４２】
保護層を有する導体接触端部
上述の通り、本発明のウェーハ加熱装置内の導体（３２、３３、４２、４２）は、抵抗加熱電極、すなわち機械加工／パターン形成された熱分解グラファイトコーティング層（２１又は２２）の終端端子を電源に接続する。
【００４３】
導体の各部は、露出導体部４２を備えた図６Ａに示すように、半導体ウェーハ加工容器内の雰囲気に暴露されることが予想される。酸素その他の腐食性物質の存在する高温用途では、導体露出部は、化学的に攻撃され、その結果、高抵抗域及び局所高温箇所を生じる可能性がある。これによって、攻撃が促進され、最終的には開回路を形成する。
【００４４】
図６Ｂに示すような本発明の一実施形態では、金属を被覆する層又はセラミックペーストが露出導体４２に施工されてコーティング６１が形成され、導体を腐食から保護し、その結果電気接点の寿命が延びる。この金属を被覆する層によって、導電体の酸化から生じるオーム抵抗値の変化が防止又は低減される。一実施形態では、この金属を被覆する層は、１０ミクロン以上の厚さを有する。
【００４５】
一実施形態では、導体露出端部を圧電セラミックペースト／可塑剤／導体組成物で被覆するが、これは焼結後に導電性となる。別の実施形態では、導体端部は、酸化銀／ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）／ポリビニルアルコール可塑剤の組成物で被覆される。別の実施形態では、導体端部すなわち端子は、金属酸化物（例えば、Ａｒｔｉｃ  Ｓｉｌｖｅｒ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｐａｓｔｅなどの酸化銀）を含有する市販のセラミックペーストで被覆される。さらに別の実施形態では、導体端部は、酸化イットリウム、ジルコニア及び窒化ケイ素の組合せを含むセラミック組成物で被覆される。
【００４６】
シャフト損失補償用の拡張ヒータ表面
ウェーハ全体での均一な温度は、半導体ウェーハ加工の極めて重要なプロセス変数であり、典型的な温度均一性の要件は、６００℃でウェーハ全体で±１％である。図８Ａに示すように、プラットフォーム１２から離隔したシャフト１４の端部は、半導体ウェーハ加工環境から離れており、通常は大気圧及び周囲温度にある。シャフト構成のため、シャフト１４は大きなヒートシンクのように機能し、プラットフォーム１２中心部に低温域が生じる。
【００４７】
本発明の一実施形態では、コーティンググラファイト層のいずれか又は両方は、所要の温度均一性の調整及び達成を補助するため、例えば、近傍直列ウェブ、スパイラルウェブ、螺旋ウェブ、平行経路、可変抵抗又は他のサーペンタイン電気抵抗回路などの標準的な加熱素子設計に機械加工される。第２の実施形態では、頂部２１又は底部２２コーティング熱分解グラファイト層のいずれかは、プラットフォーム１２の上面又は下面のいずれかで、図７に示すようなスパイラルパターンに機械加工される。電気的パターン、すなわち電気的に絶縁された抵抗ヒータ経路の形成は、特に限定されないが、マイクロマシニング、マイクロブレーディング、レーザ切削、化学エッチング、電子ビームエッチングを始めとする当技術分野で公知の手法で実施し得る。
【００４８】
本発明の一実施形態では、パターン形成された熱分解グラファイト加熱層７２（誘電体層７４で被覆された）は、シャフト下方の熱損失を克服するために、図８Ｂに示すようにプラットフォーム１２の平坦面からシャフト１４まで延長される。加熱素子７２の延長によって、驚くべきことにウェーハ全体にわたる温度均一性が向上する。
【００４９】
本発明の一実施形態では、パターン形成された熱分解グラファイト層７２は、シャフト１４の長さの５％以上に及ぶようにプラットフォームの平坦面から下方に延長される。第２の実施形態では、パターン形成された熱分解グラファイト層すなわち加熱素子７２は、１０インチのシャフト長の２インチの長さに及ぶように下方に延長される。第３の実施形態では、パターン形成された熱分解グラファイト層すなわち加熱素子７２は、シャフト１４の長さの２５％以上に及ぶように下方に延長される。第４の実施形態では、パターン形成された熱分解グラファイト層すなわち加熱素子７２は、シャフト１４の長さの最大３０％に及ぶように下方に延長される。
【００５０】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更をなし、本発明の要素を均等物で置換することができることは当業者には自明であろう。本明細書で引用した文献の記載内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の加熱装置の実施形態の断面図。
【図２】図１のウェーハ支持プラットフォームの矢視Ｂ−Ｂ断面図。
【図３】シャフトの一実施形態を示す、図１の矢視Ａ−Ａ断面図。
【図４】本発明のシャフトの別の実施形態を示す、図１の矢視Ａ−Ａ断面図。
【図５Ａ】従来技術の加熱装置のコンタクトホール又はバイアを示す断面図。
【図５Ｂ】本発明の加熱装置の一実施形態のコンタクトホールを示す断面図。
【図６Ａ】従来技術の加熱装置内の露出導体端部を示す断面図。
【図６Ｂ】本発明の加熱装置の一実施形態に係るコーティング導体端部を示す断面図。
【図７】本発明の加熱装置におけるパターン形成された加熱素子の一実施形態を示す上面図。
【図８Ａ】従来技術の加熱装置を示す断面図。
【図８Ｂ】シャフト損失補償のための延長ヒータ表面を備えた、本発明のヒータの一実施形態を示す断面図。
【符号の説明】
【００５２】
１０  ウェーハ加熱装置
１２  プラットフォーム、抵抗基板ホルダ
１４  取付構造体
【図１】
2006517740.tif 000003
【図２】
2006517740.tif 000004
【図３】
2006517740.tif 000005
【図４】
2006517740.tif 000006
2006517740.tif 000007
2006517740.tif 000008
【図７】
2006517740.tif 000009
2006517740.tif 000010
【国際調査報告】
2006517740.tif 000011
2006517740.tif 000012