(57)【要約】【解決手段】  ヒーターアセンブリ（１０）は、加熱部材（１２）と、加熱部材（１２）を外部コンポーネントの壁（１６）に取り付ける取り付け部材（１４）と、加熱部材（１２）と壁（１６）との間に配置された絶縁材（２２）とを含む。絶縁材（２２）は、加熱部材（１２）を壁（１６）ら電気的に絶縁し、加熱部材（１２）から外部コンポーネントの壁（１６）への接地経路をブロックする。【選択図】図１
2018530868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部材（heating member）と、
前記加熱部材を外部コンポーネントの壁に取り付ける取り付け部材（mounting member）と、
前記加熱部材と前記外部コンポーネントの壁との間に配置され、前記加熱部材を前記壁から電気的に絶縁し、前記加熱部材から前記外部コンポーネントの壁への接地経路（ground path）をブロックする絶縁材（in sulator）と、
を備えるヒーターアセンブリ。
【請求項２】
前記加熱部材は、管状ヒーター（tubular heater）である
請求項１に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項３】
前記加熱部材は、抵抗素子と、前記抵抗素子を囲み且つ電気的に絶縁する誘電体材料（dielectric material）と、前記誘電体材料及び前記抵抗素子を囲む金属外装（metal sheath）と、を備える
請求項１に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項４】
前記絶縁材は、前記金属外装を前記外部コンポーネントの壁から電気的に絶縁する
請求項３に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項５】
前記金属外装は、前記絶縁材の一方の終端面（one end surface）で終端している（terminate）
請求項４に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項６】
前記絶縁材を貫通し且つ前記抵抗素子に接続された端子ピンを、さらに備える
請求項３に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項７】
前記加熱部材は、前記金属外装の外表面上の不透性コーティング（impervious coating）をさらに含む
請求項３に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項８】
前記不透性コーティングは、０．８から１の範囲の放射率（emissivity）を有する
請求項７に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項９】
前記不透性コーティングは、グラファイト、複合材料（composite materials）、酸化物材料、及びニッケル・クロム・マグネシウム酸化物からなる群から選択された材料を含む
請求項７に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項１０】
前記誘電体材料は、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、アルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）、及びアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）からなる群から選択される
請求項４に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項１１】
前記誘電体材料は、高熱伝導率を有する
請求項３に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項１２】
前記誘電体材料は、アルミニウム窒化物（ＡｌＮ）である
請求項１１に記載のヒーターアセンブリ。
【請求項１３】
前記抵抗素子は、１３００〜１４００℃の範囲の融点を有する
請求項３に記載のヒーターアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体処理装置、特に半導体処理装置のためのヒーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
このセクションの記述は、本開示に関連する背景情報を単に提供するものであり、従来技術を構成しないかもしれない。
【０００３】
半導体プロセスは、プロセスチャンバ内で実行される種々のプロセスを含んでいる。これらのプロセスにおいて、ヒーターは、処理すべきウェハ基板をターゲットとする高い温度で維持するために用いられる。ヒーターは、種々の形態でインプリメントされるかもしれない。例えば、ヒーターはウェハプロセスチャンバへ直接的にインテグレートされるかもしれないし、ヒーターは他のプロセスツールから独立して用いられるかもしれない。
【０００４】
ヒーターは、一般に、熱を発生する抵抗加熱素子を電気的に絶縁する誘電体材料を含んでいる。プロセスチャンバで用いられる典型的なヒーターは、通常は、誘電体材料に対する制限により８３０℃よりも低い温度でのみ動作する。これは、誘電体材料の絶縁強度は、通常は動作温度の上昇とともに減少するためである。誘電体材料の絶縁強度が弱くなると、絶縁破壊が生じ、ヒーターのショートに至るかもしれない。
【０００５】
また、特定の電圧で温度が増加するにつれて、リーク電流は指数的に増加する。誘電体材料の絶縁強度の低下と結び付いたリーク電流の増加は、グラウンドまで流れるリーク電流のリスクを増加させ、ヒーターの故障を引き起こす。
【０００６】
さらに、ヒーターの外側高放射率保護表面は、酸素環境の低分圧及びプロセスチャンバ内の活性なプロセスガスに晒されることにより、しだいに劣化するかもしれない。ヒーターの劣化した外側表面は、放射率変化及び抵抗加熱素子からヒーターの外側表面を通した周辺環境への熱伝達の低下をもたらす。その結果、ヒーターの内部温度はヒーターの外部の温度よりも高くなるかもしれず、誘電体材料の絶縁強度の低下及び誘電体材料を通した電流リークの増加を悪化させることになる。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の一態様において、ヒーターアセンブリは、加熱部材と、前記加熱部材を外部コンポーネントの壁に取り付ける取り付け部材と、前記加熱部材と前記壁との間に配置された絶縁材とを含む。前記絶縁材は、前記加熱部材を電気的に絶縁し、前記加熱部材から前記外部コンポーネントの壁への接地経路をブロックする。
【０００８】
他の態様において、ヒーターアセンブリは、加熱素子と、前記加熱素子を囲む金属外装と、前記加熱素子と前記金属外装との間に配置された誘電体材料と、前記金属外装の周囲に配置されたコーティングとを含む。前記コーティングは、不透性材料を含む。
【０００９】
さらなる適用性の範囲が、ここで述べられる記述から明らかになるであろう。記述及び特定の実例は、例示の目的のみを意図しており、本開示の範囲を限定することを意図していないことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
開示をより理解しやすくするために、種々の態様が記述され、例示として与えられる添付の図面が参照される。
【図１】図１は、本開示の第１の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリの側面図である。
【図２】図２は、本開示の教示にしたがって構成されたヒーターアセンブリの斜視図である。
【図３】図３は、図１のヒーターアセンブリの部分切断図であり、ヒーターアセンブリの内部構造を示している。
【図４】図４は、図１のＡ−Ａ線に沿ったヒーターアセンブリの断面図である。
【図５】図５は、本開示の第２の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリの側面図である。
【図６】図６は、本開示の第３の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリの斜視図である。
【図７】図７は、図６のヒーターアセンブリの側面図である。
【図８】図８は、図７のＢ−Ｂ線に沿ったヒーターアセンブリの断面図である。
【図９】図９は、本開示の第４の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリの断面図である。
【図１０】図１０は、本開示の第５の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリの断面図である。
【図１１】図１１は、本開示の第６の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリの断面図である。
【００１１】
ここで描かれる図面は、例示目的のみであり、いかなる場合においても本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下の記載は、本質的に単なる例示であり、本開示、応用、或いは用途を限定することを意図していない。
【００１３】
図１に示すように、本願の開示に係るヒーターアセンブリ（heater assembly）は、一般にレファレンス１０によって示される。ヒーターアセンブリ１０は、加熱部材（heating member）１２と、加熱部材１２を半導体プロセスチャンバの壁やプロセスツール或いは装置の壁といった外部コンポーネントの壁１６に取り付ける取り付け部材（mounting member）１４とを含む。加熱部材１２は、プロセスチャンバの壁１６の内表面１８から突出している。取り付け部材１４は、壁１６の外表面２０に近接して配置されている。加熱部材１２は、加熱部材１２と取り付け部材１４との間に配置され、壁１６の内表面１８に近接して配置された絶縁材（in sulator）２２をさらに含んでいる。絶縁材２２は、加熱部材１２を壁１６から電気的に絶縁し、それによって、ヒーターが故障した場合に壁１６を通した加熱部材１２からの接地経路（ground path）をブロックし、それらについては以下により詳細に述べられるであろう。
【００１４】
図２を参照すると、加熱部材１２は、管状構造（tubular construction）を含んでおり、一対のフック部（hook portions）３０、及びフック部３０間に接続されたカーブ状の接続部３２を含んでいてもよい。フック部３０は、水平方向、つまり図２に示されたＸ軸に沿って離間している。フック部３０はそれぞれ、長脚４０と、短脚４２と、長脚４０及び短脚４２間に接続された屈曲部４４を含んでいる。フック部３０内の長脚４０及び短脚４２は、垂直方向に、つまりＺ軸に沿って離間している。カーブ状の接続部３２はＸ−Ｙ平面に延伸しており、屈曲部４４はＹ−Ｚ平面に延伸している。絶縁材２２は、フック部３０内の長脚４０に対応する一対の絶縁部分２３を含んでいる。
【００１５】
図３を参照すると、加熱部材１２は、例示の態様において管状ヒーター（tubular heater）であってもよく、スペース５２を規定する金属外装（metal sheath）５０、スペース５２内に受け入れられた抵抗素子（resistive element）５６、及びスペース５２内を充填し且つ抵抗素子５６を電気的に絶縁する誘電体材料（dielectric material）５８を含んでいてもよい。抵抗素子５６は、抵抗コイル又はワイヤの形態であってもよく、高電気抵抗を含んでいる。金属外装５０は、通常は金属管状構造を有しており、ステンレススチール、Inconel（登録商標）ブランド合金のようなニッケル・クロム合金、或いは他の高耐熱金属（high refractory metal）のような耐熱性金属（heat-resistant metal）を含んでいる。誘電体材料５８は、所望の誘電強度（dielectric strength）、熱伝導率及び寿命を有する材料であってもよく、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ）、アルミニウム酸化物（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ2）、或いはアルミニウム窒化物（ＡｌＮ）を含んでいてもよい。抵抗素子５６は、金属外装５０の内側に配置され、フック部５０の一方を貫通し、カーブ状の接続部３２を貫通して加熱部材１２のフック部５０の他方まで達している。抵抗素子５６は、一対の端子ピン６２に接続された（例えば、溶接によって）対向する端部（opposing ends）６０（図３では、一方のみ示している）を有している。端子ピン６２は、絶縁材２２の対応する絶縁部分２３及び壁１６を貫通し、外部の電源に接続されている。金属外装５０は、絶縁材２２の端面６５で終端（terminate）されている。一態様において、絶縁材料の熱伝導率は、６０〜１８０Ｗ／ｍＫの間である。
【００１６】
図４に示すように、加熱部材１２はさらに、金属外装５０の外表面全体上に外部コーティング６４を含んでいる。コーティング６４は、プロセスチャンバ内に存在するかもしれず且つ相対的に低いレートで劣化させるかもしれない腐食性ガスのようなプロセス環境（processing environment）に対して不透性（impervious）である。コーティング６４は、グラファイト、複合物（composites）又は酸化物材料、特にニッケル・クロム・マグネシウム酸化物のような高放射率（high emissivity）を有する材料を含み、０．８から１の範囲の放射率を有するかもしれない。高放射率特性により、コーティング６４は、金属外装５０の表面から周辺環境により迅速に熱を放射することができる。したがって、加熱部材１２の内部温度は、オーバーヒートすることなしに、所望の範囲内に維持されることができる。コーティング６４は、誘電破壊（dielectric breakdown）を低減することができ、ヒーターの動作を実行する。不透性の高放射率コーティング６４は、放射熱の伝達効率、全体の寿命信頼性、ヒーター機能の安定性の向上を助ける。
【００１７】
図１及び図３に示すように、絶縁材２２は、取り付け部材１４と加熱部材１２との間、特に金属外装５０と壁１６との間に配置され、金属外装３２と壁１６との間の電気的絶縁性を与えている。抵抗素子５６に接続された端子ピン６２は、絶縁材２２及び壁１６を貫通し、外部電源に接続される。しかしながら、金属外装５０は、絶縁材２２の端面６５で終端している。終端ピン６２もまた、壁１６から電気的に絶縁されている。ヒーターアセンブリが普通に動作しているときには、電流は抵抗素子５６を流れ、金属外装５０を流れない。ヒーターアセンブリが昇温で動作していると、誘電材料の誘電強度が弱まり、コーティング６４が劣化するかもしれず、誘電破壊及び誘電材料を通した金属外装５０への電流リークを生じさせる。金属外装５０と壁１６との間に絶縁材２２を設けることにより、金属外装５０から壁１６への接地経路（ground path）がブロックされる。その結果、加熱部材１２は高温で動作し続けることができる。したがって、誘電材料５８の誘電強度は、ヒーターデザインにおいて大きな制限要素にはならない。高融点抵抗材料を抵抗素子５６の形成に用いることができ、ヒーターアセンブリ１０の動作温度を８５０℃よりも高く、或いは１０００℃よりも高くさえ増加させることができる。ヒーターアセンブリ１０は、抵抗素子５６が燃えて非接続になることによってオープン回路が形成されるまで、誘電破壊下であっても動作し続けるであろう。
【００１８】
絶縁材２２は、加熱部材１２の冷部に隣接して設けられ、そこでは抵抗素子５６の対抗する端部（opposing ends）が端子ピン６２に接続されている。端子ピン６２は、絶縁材２３の対応する絶縁部分２３まで貫通していてもよく、金属外装５０は絶縁材２２の端面で終端している。したがって、ヒーターは電気的にフローティングであり、抵抗素子５６、絶縁材２２及び金属外装５０を流れるリーク電流が防止される。ヒーターアセンブリ１０は、非動作のリスクなしに動作し続けることができる。
【００１９】
図５に示すように、他の態様において、絶縁材７０は、壁１６の開口７２を通して挿入されたフィードスルー（feedthrough）の形態であってもよい。金属外装５０は絶縁材７０の一方の端面７４で終端され、抵抗素子５６に接続された端子ピン６２は、絶縁材７０及び取り付け部材１４を貫通し、外部電源に接続される。
【００２０】
図６から図８を参照すると、本開示の第３の形態に係るヒーターアセンブリ８０は、加熱部材８２と、加熱部材８２を半導体プロセスチャンバの壁或いは他のツールの壁に取り付ける取り付け部材８４とを含んでいる。取り付け部材８４に隣接して配置された加熱部材８２の部分のみが、明確化のために示されている。なお、加熱部材８２は、図２に示されたものと同様の構成を有していてもよく、本開示の範囲から逸脱せずに加熱の要求に依存する当業者に知られたいかなる他の構成を有していてもよい。
【００２１】
加熱部材８２は、抵抗加熱素子及び誘電体材料（図３では図示されているが、図６から８では図示されていない）が入れられている金属外装８６と、金属外装８６の一部分を取り囲み且つ取り付け部材８４に近接した絶縁材８８とを含んでいる。絶縁材８８は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はセラミックで形成されていてもよく、金属外装８６を取り付け部材８４から電気的に絶縁している。誘電破壊が加熱部材８２の誘電体材料内で生じると、絶縁材８８は金属外装８６から取り付け部材８４を介してプロセスチャンバの壁への接地経路（ground path）をブロックする。
【００２２】
取り付け部材８４は、半導体プロセスチャンバの内側に近い内側フランジ９０と、半導体プロセスチャンバの内側から遠い外側フランジ９２とを含んでいてもよい。内側及び外側フランジ９０、９２は、アルミニウムで形成されていてもよい。内側フランジ９０及び外側フランジ９２はそれぞれ、絶縁材８８が配置された開口９４、９６を規定する。内側フランジ９０は、図８において、外側フランジ９２よりも厚く示されている。内側フランジ９０及び外側フランジ９２は、同じ厚さを有するように形成されていてもよいことが理解される。
【００２３】
絶縁材８６は、内側セクション９８、及び外側セクション１００、及び内側セクション９８と外側セクション１００との間の真空シール１０２を含んでいてもよい。真空シール１０２は、真空シール１０２と取り付け部材８４との間のエアタイトインターフェース（air-tight interface）を確立し、半導体プロセスチャンバ内又はから（in or from）加熱部材８２と取り付け部材８４との間のインターフェースを通したガスリークを防止する。真空シール１０２は、内側フランジ９０の開口９４の内側に設けられていてもよい。或いは、絶縁材８８は、取り付け部材８４に対してシールをするために、シール性を有する１つのコンポーネントで形成されていてもよい。
【００２４】
内側及び外側フランジ９２、９４のいずれも、ねじ穴（screw holes）又はボルト穴（bolt holes）１０４を含んでいてもよい。ねじ又はボルト（図示せず）は、ねじ穴又はボルト穴１０４に挿入され、ヒーターアセンブリ８０がプロセスチャンバの壁にしっかり取り付けられる。絶縁材８８は、取り付け部材８４の内表面１０６及び外表面１０８から突出するように示されているが、絶縁材８８は、取り付け部材８４の内表面及び外表面に対して面一（flush with）な終端面１１０を有するように形成されていてもよい。
【００２５】
図９を参照すると、本開示の第４の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリ１２０は、加熱部材１２２と、加熱部材１２２を半導体プロセス壁の壁或いはプロセスツールの壁に取り付けるための取り付け部材１２４とを含んでいる。加熱部材１２２は、抵抗加熱素子１２６と、誘電体材料１２８と、抵抗加熱素子１２６及び誘電体材料１２８を取り囲み且つその中に入れる金属外装１３０とを含んでいる。加熱部材１２２は、取り付け部材１２４に近接する金属外装１３０の周囲に配置された絶縁材１３２をさらに含んでいる。絶縁材１３２は、加熱部材１２２で誘電破壊が生じた場合に、加熱部材１２２を取り付け部材１２４から電気的に絶縁する。
【００２６】
取り付け部材１２４は、半導体プロセスチャンバの内側に近い内側フランジ１３４と、半導体プロセスチャンバの内側から遠い外側フランジ１３６とを含んでいる。内側及び外側フランジ１３４、１３６はそれぞれ、絶縁材１３２が配置された開口１３８、１４０を規定する。
【００２７】
絶縁材１２２は、内側セクション１４２及び外側セクション１４４を、内側及び外側フランジ１３４及び１３６の開口１３８、１４０内に含んでいる。内側セクション１４２は、金属カラー（metal collar）１５０を受け入れるための増大した開口１４８を規定する。金属カラー１５０は、加熱部材１２２の金属外装１３８を取り囲み、取り付け部材１２４の内側フランジ１３４の内側に配置されている。金属カラー１５０は、内側終端面１５２及び外側終端面１５４を有している。金属カラー１５０の内側終端面１５２は、絶縁材１３２の内部セクション１４２に結合されている（welded）。Ｏリング１５６が、金属カラー１５０の外側終端面１５４と絶縁材１３２の外部セクション１４４とのインタ−フェースに配置されている。他のＯリング１５８が、絶縁材１３２の外部セクション１４４と取り付け部材１２４の外側フランジ１３６とのインターフェースに設けられている。ねじ或いはボルトといった締め付け手段（fastening means）１６０が、半導体プロセスチャンバの壁或いはプロセスツールの壁に取り付け部材１２４を接触させるための取り付け部材１２４の内側フランジ１３４に設けられていてもよい。同様に、絶縁材１２２が、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はセラミックで形成されていてもよい。
【００２８】
図１０を参照すると、本開示の第５の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリ１８０は、加熱部材１８２と、加熱部材１８２を取り囲む取り付け部材１８４とを含んでいる。前述の態様のように、加熱部材１８２は、金属外装１８６と、誘電体材料（図示せず）と、金属外装１８６の内側に配置された抵抗加熱素子（図示せず）とを含んでいてもよい。
【００２９】
取り付け部材１８４は、絶縁材１８８と、加熱部材１８２の金属外装１８６を囲むスリーブ１９０とを含んでいる。絶縁材１８８は、スリーブ１９０を囲み、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）或いはセラミックで形成されていてもよい。スリーブ１９０は、加熱部材１８２の金属外装１８６に結合エリアで結合されて（welded）いてもよい。Ｏリング１９２が、スリーブ１９０と絶縁材１８８との間に設けられ、特に絶縁材１８８の溝（groove）内に設けられ、スリーブ１９０と絶縁材１８８とのシールされたインターフェースを提供している。他のＯリング１９４が、絶縁材１８８と半導体プロセスチャンバの壁１９６との間に設けられ、それらの間のシールされたインターフェースを提供している。取り付け部材１８４は、キャップ２００をさらに含み、絶縁材１８８と壁１９９とのインターフェースをカバーする。キャップ２００は、ステンレス材料で形成されていてもよい。オプションで、リミットウォッシャ（limit washer）２０４が、絶縁材１８８の終端面に取り付けられていることができる。
【００３０】
図１１を参照すると、本開示の第６の態様にしたがって構成されたヒーターアセンブリ２２０は、加熱部材２２２と、加熱部材２２２を半導体プロセスチャンバの壁２４２或いはプロセスツールの壁に取り付けるための取り付け部材２２４とを含んでいる。
【００３１】
取り付け部材２２４は、絶縁材２２６と、絶縁材２２６に取り付けられた取り付けプレート２２８とを含んでいる。絶縁材２２６は、壁２４２を貫通する第１の円筒部分２３０と、壁２４２の内表面に近接して配置された第２の増大された円筒部分２３２とを含んでいる。第２の増大された円筒部分２３２は、壁２４２の内表面２４１に面する第１の終端面２３４と、取り付けプレート２２８に面する第２の終端面２３６とを含んでいる。取り付けプレート２２８は、ねじ或いはボルトといった第１の締め付け手段（fastening means）によって絶縁材２２６の第２の増大された円筒部分２３２に取り付けられている。取り付けプレート２２８及び絶縁材２２６の第２の増大された円筒部分２３２は、半導体プロセスチャンバの内側に配置されている。絶縁材２２６及び取り付けプレート２２８は、加熱部材２２が貫通している中央開口２５０を規定している。加熱部材２２２は、取り付け部材２２４に固定されており、特に接合部（weld）２５２によって取り付けプレート２２８に固定されている。取り付け部材２２４は、第２の締め付け手段２４６によって壁２４２固定されている。
【００３２】
Ｏリング２４８は、絶縁材２２６の第２の増大された円筒部分２３２の第１及び第２の終端面２３４及び２３６のそれぞれに設けられ、第１の終端面２３４と壁２４２の内表面ン２４１との間のシールされたインターフェースを提供し、取り付けプレート２２８と絶縁材２２６との間のシールされたインターフェースを提供する。絶縁材２２６は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はセラミックで形成されていてもよい。
【００３３】
本形態では、加熱部材２２２で誘電破壊が生じると、絶縁材２２６は、加熱部材２２２を半導体プロセスチャンバの壁２４２から電気的に絶縁し、接地経路（ground path）をブロックする。したがって、加熱部材２２２は、加熱部材２２２の金属外装の内側の電気的ブレークダウンにもかかわらず、動作を継続するかもしれない。
【００３４】
なお、本開示は、例示として記述或いは図示された形態に限定されない。多くの種々の変形が記述され、より多くのものが当業者の知見の一部である。これらの及びさらなる変形が、技術的な等価物による置き換えとともに、本特許の開示の保護の範囲から逸脱することなく、記述及び図面に追加されてもよい。
【図１】
2018530868.tif 000003
【図２】
2018530868.tif 000004
【図３】
2018530868.tif 000005
【図４】
2018530868.tif 000006
【図５】
2018530868.tif 000007
【図６】
2018530868.tif 000008
【図７】
2018530868.tif 000009
【図８】
2018530868.tif 000010
【図９】
2018530868.tif 000011
【図１０】
2018530868.tif 000012
【図１１】
2018530868.tif 000013
【国際調査報告】
2018530868.tif 000014
2018530868.tif 000015
2018530868.tif 000016