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公開番号2025096280
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2025037972,2022512284
出願日2025-03-11,2020-04-21
発明の名称マルチゾーン能力を備えた高温窒化アルミニウムヒータ
出願人サーム-エックスオブカリフォルニアインコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H05B 3/12 20060101AFI20250619BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】半導体ウェハを製造するための電気ヒータ装置を提供する。
【解決手段】電気ヒータ装置の実施形態を開示する。1つの実施形態では、電気ヒータ装置が、(a)電気絶縁材料を含む第1の熱伝導層と、(b)第1の熱伝導層の上面に配置された1又は2以上の溝に配置された1又は2以上の導電性加熱素子と、(c)1又は2以上の加熱素子を覆って第1の熱伝導層の上面に配置された第2の熱伝導層とを含む。1又は2以上の加熱素子は、炭素、窒素、アルミニウム、イットリウム又は酸素のうちの少なくとも1つでドープされた1又は2以上の耐火硬質金属を含む。ドープされた1又は2以上の耐火硬質金属は、周囲温度～約850℃の動作温度にわたって、ドープされていない耐火硬質金属と比べて温度に影響されにくい電気抵抗を含む。1又は2以上の加熱素子は、1又は2以上の加熱ゾーンを提供するように独立して制御可能である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ウェハ処理チャンバ内で半導体ウェハを処理する際に使用される電気ヒータ装置であって、
電気絶縁材料、上面及び底面を含む第１の熱伝導層と、
前記第１の熱伝導層の前記上面に配置された１又は２以上の溝のそれぞれの溝内に配置された１又は２以上の導電性加熱素子と、
前記１又は２以上の加熱素子を覆って前記第１の熱伝導層の前記上面に配置された第２の熱伝導層と、
を含み、前記１又は２以上の加熱素子は、炭素、窒素、アルミニウム、イットリウム又は酸素のうちの少なくとも１つでドープされた１又は２以上の耐火硬質金属を含み、該ドープされた１又は２以上の耐火硬質金属は、周囲温度～約８５０℃の動作温度にわたって、ドープされていない耐火硬質金属と比べて温度に影響されにくい電気抵抗を有し、前記１又は２以上の加熱素子は、前記第１の熱伝導層の前記上面に沿って１又は２以上の加熱ゾーンを提供するように独立して制御可能である、
電気ヒータ装置。
続きを表示（約 820 文字）【請求項２】
前記第１の熱伝導層はディスクを含む、請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項３】
前記第１の熱伝導層は焼結され、前記１又は２以上の加熱素子は、前記第１の熱伝導層を焼結する前に最初に粉末、塗料、又は高分子シートからの事前切断パターンのうちの高濃度のものを含む、請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項４】
炭素の濃度は約０．１ａｔ％から約５０ａｔ％まで変化することができ、アルミニウムの濃度は約０．１ａｔ％から約２０ａｔ％まで変化することができ、窒素の濃度は約０ａｔ％から約２０ａｔ％まで変化することができ、酸素の濃度は約０ａｔ％から約５ａｔ％まで変化することができ、イットリウムの濃度は約０ａｔ％から約３ａｔ％まで変化することができる、請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項５】
前記第１の熱伝導層は窒化アルミニウムを含む、請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項６】
前記第１の熱伝導層の前記底面に配置された第３の熱伝導層を含み、該第３の熱伝導層はハブを含む、請求項１に記載の電気ヒータ装置。
【請求項７】
前記第２及び第３の熱伝導層は窒化アルミニウムを含む、請求項６に記載の電気ヒータ装置。
【請求項８】
前記ハブに取り付けられた焼結ライザを含む、請求項６に記載の電気ヒータ装置。
【請求項９】
前記ハブに接合された焼結ライザを含み、前記接合されたライザは、前記ハブとの間にヘリウムタイトシールを形成する、請求項６に記載の電気ヒータ装置。
【請求項１０】
前記第１の熱伝導層の前記底面に配置された１又は２以上のチャネルのそれぞれのチャネル内に配置された１又は２以上の電気的相互接続部を含む、請求項６に記載の電気ヒータ装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、２０１９年５月３日に出願された米国仮特許出願第６２／８４３，２４１号の利益を主張するものであり、この文献はその全体が引用により本明細書に組み入れられる。
続きを表示（約 2,400 文字）【０００２】
本開示は、電気ヒータに関し、具体的には、シリコンウェハ及びヒ化ガリウムウェハなどの半導体ウェハの作製において使用されるヒータに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ウェハ製造において使用される電気ヒータは、材料堆積（例えば、物理的又は化学的気相成長法）、材料除去（例えば、エッチング又は平坦化）、パターニング（例えば、リソグラフィ）、及び電気的特性の修正（例えば、ドーピング又はアニーリング）を含むウェハの製造／処理の様々な段階で使用することができる。このような電気ヒータは、浸食性の強い環境に耐えることができ、急激な温度変化下の熱衝撃に耐性があり、長期にわたって極めて高い温度に耐えることができなければならない。しかしながら、本開示よりも前には、半導体ウェハ製造のための既知の電気ヒータは、（１）高温での電気抵抗率の変動が比較的大きくなりやすいことによって複雑でコストの掛かる温度制御が必要になり、（２）マルチゾーン加熱を容易に行うことができず、（３）熱応力及び熱サイクルに起因するクラック又は故障が発生しやすく、従って耐久性又は長寿性に欠けたコンポーネントを有しており、（４）熱膨張係数が異なるという理由で共に同時焼成できないコンポーネントを有していることによって、組み立てのためにさらなる製造段階が発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、これらの及びその他の問題を解決する装置が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の１つの実施形態では、電気ヒータ装置が、１又は２以上の熱伝導層と、１又は２以上の熱伝導層内又はこれらの間に埋め込まれた１又は２以上の加熱素子とを含み、１又は２以上の加熱素子は、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、或いは炭素（Ｃ）、窒素（Ｎ）、アルミニウム（Ａｌ）又は酸素（Ｏ）のうちの少なくとも１つ又は２つ以上でドープされた他のいずれかの耐火硬質金属（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙｈａｒｄｍｅｔａｌ）を含む。１つの実施形態では、電気ヒータ装置の加熱素子が、モリブデンと炭化モリブデン（Ｍｏ
2
Ｃ）とを含むことにより、当該炭化物含有量が５％を上回るようになっている。
【０００６】
本開示による電気ヒータ装置の加熱素子は、数ある利点の中でも特に、高温において、とりわけ約３００℃～約８５０℃の範囲でだけでなく、約周囲温度～約８５０℃までの範囲でも改善された電気抵抗率の安定性を示す。
【０００７】
別の実施形態では、ウェハ処理チャンバ内で半導体ウェハを処理する際に使用される電気ヒータ装置であって、（ａ）電気絶縁材料、上面及び底面を含む第１の熱伝導層と、（ｂ）第１の熱伝導層の上面に配置された１又は２以上の溝のそれぞれの溝内に配置された１又は２以上の導電性加熱素子と、（ｃ）１又は２以上の加熱素子を覆って第１の熱伝導層の上面に配置された第２の熱伝導層とを含み、１又は２以上の加熱素子が、炭素、窒素、アルミニウム、イットリウム又は酸素のうちの少なくとも１つでドープされた１又は２以上の耐火硬質金属を含み、ドープされた１又は２以上の耐火硬質金属が、周囲温度～約８５０℃の動作温度にわたって、ドープされていない耐火硬質金属と比べて温度に影響されにくい電気抵抗を有し、１又は２以上の加熱素子が、第１の熱伝導層の上面に沿って１又は２以上の加熱ゾーンを提供するように独立して制御可能である電気ヒータ装置を開示する。
【０００８】
第１の熱伝導層は、ディスクを含むことができる。第１の熱伝導層は焼結することができ、１又は２以上の加熱素子は、第１の熱伝導層を焼結する前に最初に粉末、塗料、又は高分子シートからの事前切断パターンのうちの高濃度のものを含むことができる。炭素の濃度は約０．１ａｔ％から約５０ａｔ％まで変化することができ、アルミニウムの濃度は約０．１ａｔ％から約２０ａｔ％まで変化することができ、窒素の濃度は約０ａｔ％から約２０ａｔ％まで変化することができ、酸素の濃度は約０ａｔ％から約５ａｔ％まで変化することができ、イットリウムの濃度は約０ａｔ％から約３ａｔ％まで変化することができる。第１の熱伝導層は、窒化アルミニウムを含む。
【０００９】
電気ヒータ装置は、第１の熱伝導層の底面に配置された第３の熱伝導層を含むことができる。第３の熱伝導層は、ハブを含むことができる。第２及び第３の熱伝導層は、窒化アルミニウムを含むことができる。電気ヒータ装置は、ハブに取り付けられた焼結ライザを含むことができる。或いは、焼結ライザをハブに接合することもでき、接合されたライザは、ハブとの間にヘリウムタイトシールを形成することができる。電気ヒータ装置は、第１の熱伝導層の底面に配置された１又は２以上のチャネルのそれぞれのチャネル内に配置された１又は２以上の電気的相互接続部を含むことができる。相互接続部は、回路内でハブから１又は２以上の加熱素子に、また１又は２以上の加熱素子からハブに電気を伝えるように構成することができる。相互接続部は、１又は２以上の温度センサからハブにセンサデータを伝えるように構成することができる。１又は２以上の温度センサは、第１の熱伝導層の底面上であって第３の熱伝導層の下方に配置された１又は２以上のチャネルのそれぞれのチャネル内に配置することができる。第３の熱伝導層は、１又は２以上の温度センサを覆って配置することができる。
【００１０】
１又は２以上の加熱素子及び第１の熱伝導層は、電気ヒータ装置における有害なクラック又は亀裂を避けるように機能的に同様の熱膨張係数を有することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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