DE102006056812A1

DE102006056812A1 - Heizvorrichtung mit verbesserter thermischer Gleichförmigkeit und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE102006056812A1
Application number: DE102006056812A
Authority: DE
Inventors: John Thomas Avon Lake Mariner; Ajit Medina Sane; Toshiki Ebata; Marc Medina Schaepkens; Xiang Medina Liu; Wei Middleburg Heights Fan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-12-02
Also published as: DE102006056812B4; KR20080028253A; JP2008085283A; KR101310521B1

Abstract

Es wird eine Heizvorrichtung zum Regeln/Steuern der Oberflächentemperatur auf einem Substrat bereit gestellt. Mindestens eine thermisch pyrolytische Graphit (TPG) Schicht ist in dem Heizgerät eingebettet, um die Temperaturdifferenz der vielfältigen Komponenten in der Heizvorrichtung zu verteilen und eine zeitliche und räumliche Steuerung der Oberflächentemperatur des Substrats für eine relativ gleichförmige Substrattemperatur bereitzustellen, wobei die Differenz zwischen dem maximalen und minimalen Temperaturpunkt auf dem Substrat weniger als 10°C beträgt.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der US 60/826931 eingereicht am 26. September 2006, welche Patentanmeldung durch Verweis hierin vollständig mit aufgenommen wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Heizvorrichtung zum Bereitstellen einer relativ gleichförmigen Temperaturverteilung auf einem Substrat in einer Halbleiter-Verarbeitungskammer oder zum Heizen eines metallischen oder keramischen Formkörpers zum Formpressen von Glaslinsen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung derselben und eine Verwendung derselben.
Viele Halbleiterprozesse werden typischerweise in einer Vakuumumgebung ausgeführt, d.h. einer abgedichteten Kammer, die darin eine Vorrichtung zum Tragen des Wafer-Substrats bzw. der Wafer-Substrate enthält. In einem Halbleiterprozess enthält eine Heizvorrichtung typischerweise einen keramischen Träger, der darin angeordnete Elektroden aufweisen kann, um den Träger zu heizen, und sie kann zusätzlich Elektroden aufweisen, die den Wafer oder das Substrat gegen den keramischen Träger elektrostatisch halten, d.h. eine elektrostatische Spannvorrichtung oder ESC (manchmal auch Aufnehmer genannt). Ein Herstellungsprozess für ein Halbleitergerät kann in der Kammer stattfinden, einschließlich Abscheiden, Ätzen, Implantation, Oxidation, etc. Als ein Beispiel eines Abscheidungsprozesses kann ein Prozess der physikalischen Abscheidung aus der Dampfphase (PVD, Englisch: Physical Vapor Deposition), bekannt als Sputterabscheidung, vorgesehen werden kann, in welchem Prozess ein Zielobjekt, das allgemein aus einem auf dem Wafer-Substrat abzuscheidenden Material besteht, oberhalb des Substrats getragen wird, typischerweise an der Oberseite der Kammer befestigt ist. Das Plasma wird aus einem Gas, wie etwa Argon, das zwischen dem Substrat und dem Zielobjekt zugeführt wird, ausgebildet. Das Zielobjekt wird vorgespannt, was bewirkt, dass Ionen innerhalb des Plasmas in Richtung auf das Zielobjekt beschleunigt werden. Die Ionen des Plasmas Wechselwirken mit dem Material des Zielobjekts und bewirken, dass Atome des Materials abgesputtert werden, sich durch die Kammer in Richtung auf den Wafer bewegen und sich auf der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers, der in integrierte Schaltkreise (IC's) verarbeitet wird, wieder anlagern. Andere Abscheidungsprozesse können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD, Englisch: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), chemische Gasphasenabscheidung mit hochdichtem Plasma (HDPCVD, Englisch: High Density Plasma Chemical Vapor Deposition), chemische Niederdruck-Gasphasenabscheidung (LPCVD, Englisch: Low Pressure Chemical Vapor Deposition), chemische Gasphasenabscheidung mit sub-atmosphärischem Druck (SACVD, Englisch: Sub-Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), metall-organische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD, Englisch: Metal Organic Chemical Vapor Deposition), Molekülstrahlverdampfung (MBE, Englisch: Molecular Beam Evaporation), etc.
In einigen der obigen Prozesse ist es wünschenswert, den Wafer zu erhitzen, indem der Träger erhitzt wird. Die chemische Reaktionsrate der Materialien, die abgeschieden, geätzt, implantiert, etc. werden, wird zu einem gewissen Grad durch die Temperatur des Wafers gesteuert. Wenn die Temperatur des Wafers über seine Fläche zu stark variiert, können bei der Abscheidung, dem Ätzen, der Implantation, etc. leicht ungewünschte Unebenheiten über eine Fläche des Wafers erzeugt werden. In einigen Fällen ist es hoch wünschenswert, dass die Abscheidung, das Ätzen, die Implantation bis zu einem nahezu perfekten Grad gleichförmig ist, weil die in der Herstellung befindlichen IC's andernfalls an verschiedenen Positionen auf dem Wafer elektronische Merkmale aufweisen, die von der Norm mehr als das gewünscht ist, abweichen.
Geformte asphärische Linsen werden aufgrund ihrer niedrigen Kosten und guten Leistungsfähigkeit gewöhnlich in Verbraucherfotoapparaten, Kameras, Fernsprechern und CD-Spielern eingesetzt. Sie werden auch häufig eingesetzt zur Kollimation von Laserdioden und zum Einkoppeln von Licht in und aus Lichtleitfasern. Beim Formen einer Glasmasse zum Herstellen einer asphärischen Linse wird ein Paar von metallischen oder keramischen Formteile verwendet. In diesem Prozess wird eine Vielzahl von Heizern eingesetzt, um die Formen aufzuheizen, bis die Glasmasse erweicht wird, wobei die Temperatur der Glasmasse bis zu 600°C erreichen kann. Wie in einer Halbleiter-Verarbeitungskammer ist es wünschenswert, dass die Fromteile gleichförmig aufgeheizt und ihre Temperaturen genau gesteuert werden.
Es sind im Stand der Technik vielfältige Ansätze ausprobiert worden, um die Temperatur eines Substrats, wie etwa einem Wafer oder geformten Linsen, zu steuern. In einem Beispiel eines Halbleiterprozesses wird ein Edelgaskühlmittel (wie etwa Helium oder Argon) auf einem einzigen Druck innerhalb eines dünnen Raums zwischen der Unterseite des Wafers und der Oberseite der ESC, dieden Wafer hält, zugelassen. Dieser Ansatz wird als Rückseiten-Gaskühlung bezeichnet. Ein anderer Weg aus dem Stand der Technik zum Umgang mit der Notwendigkeit zum Kühlen von Zonen, d.h. gleichförmige Temperatursteuerung, besteht darin, die Oberflächenrauhigkeit zu variieren oder ein Reliefmuster auszuschneiden, um die lokale Kontaktfläche effektiv zu verändern. Noch ein anderer Weg zum Umgang mit der Notwendigkeit zum Kühlen von Zonen besteht darin, ein Kühlmittelgas zu verwenden, dessen Druck variiert wird, um den thermischen Transport zu vergrößern und fein abzustimmen.
US Patent Veröffentlichung Nr. 2006/0144516 A1 steuert die Temperatur eines Substrats durch die Verwendung von selbstklebenden bzw. adhäsiven Materialien, d.h. eine erste Schicht aus selbstklebendem Material zum Verbinden der metallischen Platte und dem Heizer mit der oberen Oberfläche der temperaturgesteuerten Basis und eine zweite Schicht aus selbstklebendem Material verbindet die Schicht des dielektrischen Materials mit einer oberen Oberfläche der Metallplatte. Das Klebemittel besitzt physikalische Eigenschaften, die es ermöglichen, dass das thermische Muster unter variierenden externen Prozessbedingungen aufrecht erhalten wird.
Es besteht immer noch eine Notwendigkeit für eine Heizvorrichtung, die eine relativ gleichförmige Temperaturverteilung auf einem Substrat bereitstellt, und ein Verfahren zum Steuern der Temperatur des darauf angeordneten Substrats während der Verarbei tung eines Wafers in der Halbleiter-Geräteherstellung und für andere Substrate in ähnlichen Prozessen.
Die Probleme im Stand der Technik werden zumindest teilweise gelöst durch die Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 13, 14 oder 19, die Halbleiter-Verarbeitungskammer nach Anspruch 20, das Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Tragen eines Wafer-Substrats nach Anspruch 21, das Verfahren zum Regeln der Oberflächentemperatur eines Substrats nach Anspruch 22 und die Verwendung einer Vorrichtung in der Substrat-Verarbeitung nach Anspruch 23.
Weitere Vorteile, Aspekte und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
In einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Tragen eines Substrats in einer Prozesskammer und Regeln der Oberflächentemperatur des Substrats, umfassend einen Basisträger mit einer oberen Oberfläche, die ausgebildet ist zum Tragen des Substrats; einem Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C; eine in dem Substrat angeordnete Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphitmaterial, wobei die thermisch pyrolytische Graphit (TPG) Schicht eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1000 W/m°C in einer Ebene parallel zu dem getragenen Substrat aufweist, wobei die Oberflächentemperatur des Substrats geregelt wird für eine maximale Temperaturvariation zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf der Oberfläche des Substrats von 10°C.
Es wird eine Heizvorrichtung zum Regeln/Steuern der Oberflächentemperatur eines Substrats bereit gestellt. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mindestens eine thermisch pyrolytische Graphit(TPG)Schicht in dem Heizer eingebettet, um die Temperaturdifferenz der vielfältigen Komponenten in der Heizvorrichtung zu verteilen und eine zeitliche und räumliche Steuerung der Oberflächentemperatur des Substrats bereitzustellen, für eine relativ gleichförmige Substrat-Temperatur mit einer Differenz zwischen den maximalen und minimalen Temperaturpunkten auf dem Substrat von weniger als 10°C.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung zum Tragen eines Substrats in einer Prozesskammer und Regeln der Oberflächentemperatur des Substrats bereit, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Basisträger mit einer Oberfläche, die ausgebildet ist zum Tragen des Substrats, der Basisträger umfassend ein Basissubstrat mit einem keramischen Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden und Oxinitriden von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon, wobei das keramische Basissubstrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die untere Oberfläche von dem auf der Vorrichtung getragenen Wafer weg zeigt; wobei der Basisträger ferner eine erste Abdeckschicht zum Beschichten des keramischen Basissubstrats umfasst, wobei die Abdeckschicht eines der folgenden umfasst: ein Oxid, Nitrid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus Al, B, Si, Ga, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; ein auf der unteren Oberfläche des keramischen Basissubstrats angeordnetes Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C, mindestens eine in dem Basisträger angeordnete Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphitmaterial, wobei die thermisch pyrolytische Graphit(TPG)Schicht eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1000 W/m°C in einer Ebene parallel zu dem getragenen Substrat aufweist, und eingebettet in das keramische Basissubstrat oder zwischen dem keramischen Basissubstrat und der ersten Abdeckschicht ist; wobei die Oberfläche des Basisträgers eine maximale Temperaturvariation von 10°C zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf der Oberfläche des Basisträgers aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner bereit eine Vorrichtung zum Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiterprozesskammer, mit einem Basisträger umfassend: ein Basissubstrat umfassend Volumengraphit, wobei das Graphit-Basissubstrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die untere Oberfläche von dem auf der Vorrichtung getragenen Wafer weg zeigt; eine erste Abdeckschicht zum Abdecken des Graphit-Basissubstrats, wobei die Abdeckschicht ein elektrisch isolierendes Material umfasst, das ausgewählt ist aus einem von Oxid, Nitrid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus Al, B, Si, Ga, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; und mindestens eine Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphit, die auf der ersten Abdeckschicht angeordnet ist oder die zwischen dem Graphit-Basissubstrat und der ersten Abdeckschicht angeordnet ist; ein Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C, wobei das Heizelement auf der unteren Oberfläche des beschichten Graphit-Basissubstrats angeordnet ist; eine Überzugsschicht zum Beschichten des Basisträgers, die Überzugsschicht umfassend eines der folgenden: ein Nitrid, Carbid, Carbonitrid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; ein Zirkoniumphosphat mit einer NZP Struktur von NaZr₂(PO₄)₃; eine Glas-Keramik-Zusammensetzung, die mindestens ein Element enthalten, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a besteht; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ Glas; und einer Mischung aus SiO₂ und einem plasma-resistenten Material, das ein Oxid oder Fluorid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy und Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) umfasst; wobei der von der Vorrichtung getragene Wafer eine maximale Temperaturvariation von 10°C zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunk auf dem Wafer aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Vorrichtung bereit zur Verwendung beim Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiterprozesskammer, mit einem Basisträger umfassend: ein Basissubstrat mit einem keramischen Material, das ausgewählt ist aus einem der folgenden: ein Oxid, Nitrid, Carbid, Carbonitrid und Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon, wobei das keramische Basissubstrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die untere Oberfläche von dem durch die Vorrichtung getragenen Wafer weg gerichtet ist; wobei mindestens eine thermische pyrolytische Graphitschicht auf der oberen Oberflä che des Basissubstrats angeordnet ist; eine erste Abdeckschicht zum Beschichten der thermisch pyrolytischen Graphitschicht und des keramischen Basissubstrats, wobei die erste Abdeckschicht ein elektrisch isolierendes Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden, Oxinitriden von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht; Oxide, Oxinitride aus Aluminium, und Kombinationen davon; ein Heizelement, das auf der ersten Abdeckschicht angeordnet ist, wobei das Heizelement eines der folgenden umfasst: pyrolytisches Graphit, feuerfeste Metalle, Übergangsmetalle, Selten-Erd-Metalle und Legierungen; Oxide und Carbide von Hafnium, Zirkonium und Cerium und Mischungen davon; eine Überzugsschicht zum Beschichten des Basisträgers, wobei die Überzugsschicht eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, Carbid, Carbonitrid, Oxinitrid aus Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; ein Zirkoniumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; eine Glas-Keramik-Zusammensetzung, die mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a besteht; ein BaO-Al₂O₃-SiO₂ Glas; und eine Mischung aus SiO₂ und einem plasma-resistenten Material, das ein Oxid oder Fluorid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy und Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) umfasst; und wobei der durch die Vorrichtung getragene Wafer eine maximale Temperaturvariation von 10°C zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf dem Wafer aufweist.
Die Erfindung bezieht sich in einem anderen Aspekt auf ein Verfahren zum Regeln der Oberflächentemperatur des Substrats, indem das Substrat verarbeitet wird in einer Vorrichtung mit einem Basisträger, der eine obere Oberfläche aufweist, die zum Tragen des Substrats ausgebildet ist, einem Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C, einer in dem Substrat angeordneten Schicht aus thermisch pyrolythischem Graphitmaterial, wobei die thermisch pyrolythische Graphit (TPG) Schicht eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1000 W/m°C in einer Ebene parallel zu dem getragenen Substrat aufweist, wobei die Oberflächentemperatur des Substrats für eine maximale Temperaturvariation zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf der Oberfläche des Substrats von 10°C geregelt wird.
Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren und die Vorrichtungsteile zum Ausführen von jedem beschriebenen Verfahrensschritt gerichtet. Diese Verfahrensschritte können ausgeführt werden mittels Hardware-Bestandteilen, einem durch geeignete Software programmierten Computer, durch eine beliebige Kombination der beiden oder in irgendeiner anderen Weise. Des Weiteren ist die Erfindung auch auf Verfahren gerichtet, mit denen die beschriebenen Vorrichtungen betrieben werden. Sie enthält Verfahrensschritte zum Ausführen von jeder Funktion der Vorrichtung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und werden im Folgenden in größerer Ausführlichkeit beschrieben.
Die Zeichnungen zeigen:
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer Heizvorrichtung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Metallheizers aus dem Stand der Technik.
3A, 3B, 3C sind Querschnittsansichten von vielfältigen Ausführungsformen eines Heizers mit einem auf einem Metall basierenden Substrat.
4 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Heizers im Stand der Technik, für einen Heizer mit einem keramischen Kern.
5A, 5B, 5C, 5D und 5E sind Querschnittsansichten von verschiedenen Ausführungsformen eines Heizers mit einem keramischen Kern für ein Substrat.
5F und 5G sind Querschnittsansichten von verschiedenen Ausführungsformen eines Heizers mit einer thermisch pyrolytischen Graphitschicht als eine Elektrode.
5H ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Heizers, wobei die pyrolytische Graphitschicht in dem Aufnehmer eingekapselt ist.
5I ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Heizers, wobei das pyrolytische Graphit in einer sich senkrecht überschneidenden Konfiguration ausgebildet ist.
5J ist eine Aufsicht von oben der Ausführungsform der 5I.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Heizers aus dem Stand der Technik für einen Heizer mit einem Graphitkern.
7A, 7B, 7C, 7D und 7E sind Querschnittsansichten von verschiedenen Ausführungsformen eines Heizers mit einem Graphitkern.
8A und 8B sind schematische Ansichten eines thermischen Moduls, das einen Heizer aus dem Stand der Technik einsetzt (8A mit einem AlN-Substrat) und eine Ausführungsform eines Heizers nach der Erfindung (TPG Schicht, eingebettet in einem AlN Substrat). Die Module benutzen rechenbetonte Fluiddynamik (CFD, Englisch: Computational Fluid Dynamics) Berechnungen, um die Oberflächentemperatur des Wafer-Substrats in einer Halbleiter-Verarbeitungskammer zu untersuchen.
9 ist ein Schaubild, das die Temperaturverteilung der Oberseite eines Substrats in einem Heizer aus dem Stand der Technik mit einem AlN Substrat veranschaulicht.
10, 11 und 12 sind Schaubilder, die die Temperaturverteilung auf der Oberseite eines Substrats in verschiedenen Ausführungsformen eines Heizers nach der Erfindung mit einer eingebetteten TPG Schicht von 1 mm, 3 mm und 6 mm Dicke in einem AlN Substrat veranschaulichen.
Wie hierin verwendet, kann eine näherungsweise Terminologie angewendet werden, um jedwede quantitative Darstellung zu verändern, die variieren darf, ohne zu einer Veränderung in der grundlegenden Funktion, auf die sie sich bezieht, zu führen. Dementsprechend darf in einigen Fällen ein Wert, der durch einen Ausdruck oder Ausdrücke wie etwa "ungefähr" und "im Wesentlichen" modifiziert ist, nicht auf den exakt spezifizierten Wert beschränkt werden.
Wie hierin ebenfalls verwendet kann, die "Heizvorrichtung" auswechselbar benutzt werden mit "Behandlungsvorrichtung", "Heizer", "elektrostatische Spannvorrichtung", "Spannvorrichtung" oder "Verarbeitungsvorrichtung", die sich auf eine Vorrichtung beziehen, die mindestens eine Heiz- und/oder Kühlelement enthält zum Regeln der Temperatur auf dem darauf getragenen Substrat enthalten, insbesondere durch Heizen oder Kühlen des Substrats.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Substrat" auf den Halbleiter-Wafer oder die Glasform, die durch die Verarbeitungsvorrichtung nach der Erfindung getragen/erhitzt wird. Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck "Lage" auswechselbar verwendet werden mit "Schicht".
Wie hierin verwendet, kann der Ausdruck "Schaltkreis" auswechselbar verwendet werden mit "Elektrode", und der Ausdruck "Heizelement" kann auswechselbar verwendet werden mit "Heizelektrode", "Elektrode", "Widerstand", "Heizwiderstand" oder "Heizer". Der Ausdruck "Schaltkreis" kann entweder in der Singular- oder Pluralform verwendet werden, was andeutet, dass mindestens eine Einheit vorhanden ist.
Wie hierin verwendet, bedeutet thermische Gleichförmigkeit oder relativ gleichförmige Temperatur, dass die Differenz zwischen den maximalen und minimalen Temperaturpunkten auf dem Substrat weniger als 10°C ist. In einer Ausführungsform bedeutet thermische Gleichförmigkeit, dass die Substrattemperatur relativ gleichförmig ist, mit einer Differenz zwischen den höchsten und niedrigsten Temperaturpunkten von weniger als 7°C. In noch einer anderen Ausführungsform wird die Temperatur innerhalb eines Variationsbereichs von weniger als 5°C gehalten. In einer vierten Ausführungsform wird die Substrattemperatur gleichförmig mit einer Variation von weniger als 2°C gehalten.
In einer Plasmakammer zum Verarbeiten von Substraten, wie etwa Halbleiter-Wafern oder Glaslinsen, beeinflusst die Substrattemperatur den Prozess signifikant. Für eine Verarbeitungsvorrichtung zum gleichförmigen Regeln der Temperatur des behandelten Substrats ist es für die Vorrichtung wünschenswert, dass sie eine zeitliche und räumliche Steuerung der Oberflächentemperatur des Substrats bereitstellt. Graphit ist ein anisotropes Material mit einer einzigartigen Fähigkeit, Wärme in einer bevorzugten Richtung zu lenken. Thermisch pyrolytisches Graphit (TPG) ist ein einzigartiges Graphitmaterial, das aus Kristalliten von ansehnlicher Größe besteht, wobei die Kristallite in Bezug zueinander in hohem Maße ausgerichtet oder orientiert sind und wohl geordnete Kohlenstoffschichten oder einen hohen Grad an bevorzugter Kristallit-Orientierung aufweisen. TPG kann auswechselbar benutzt werden mit "in hohem Maße orientiertem pyrolytischen Graphit" ("HOPG", Englisch: Highly Oriented Pyrolytic Graphite) oder unter Kompression ausgeheiztem pyrolytischen Graphit ("CAPG", Englisch: Compression Annealed Pyrolytic Graphite). TPG ist extrem thermisch leitfähig mit einer thermischen Leitfähigkeit in der Ebene (A–B Richtung) von größer als 1000 W/mK, während die thermische Leitfähigkeit in der Richtung aus der Ebene heraus (Z Richtung) in dem Bereich von 20 bis 30 W/mK ist. In einer Ausführungsform weist TPG eine thermische Leitfähigkeit in der Ebene von größer als 1500 W/mK auf.
In verschiedenen Ausführungsformen der Heizvorrichtung ist in dem Heizer mindestens eine Schicht aus TPG eingebettet, um eine räumliche Steuerung der Oberflächentemperatur des Substrats bereitzustellen und die Temperaturdifferenz bzw. der verschiedenen Komponenten in der Heizvorrichtung zu verteilen, was es der Temperatur des Zielsubstrats erlaubt, selbst für ein Heizelement mit einer imperfekten, beispielsweise unebe nen, Kontaktoberfläche relativ gleichförmig zu sein. In Betriebsabläufen wird ein Halbleiter-Wafer-Substrat oder eine Glasform typischerweise auf eine Temperatur von mindestens 300°C aufgeheizt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Heizvorrichtung mit der mindestens einen eingebetteten Schicht aus TPG stellt eine effektive Wärmeleitung/Kühlung zwischen einem Heiz-/Kühlelement und einem Substrat mit außergewöhnlicher thermischer Gleichförmigkeit bereit.
In einer Ausführungsform weist die TPG Schicht eine von etwa 0,5 mm bis 15 mm reichende Dicke auf mit Dickevariationen (Parallelität) innerhalb von 0,005 mm. In einer anderen Ausführungsform weist die TPG Schicht eine Dicke im Bereich von 1 mm bis 10 mm auf. In einer dritten Ausführungsform weist die TPG Schicht eine Dicke in dem Bereich von 2 mm bis 8 mm auf. Die TPG Schicht kann in dem Heizer nach der Erfindung durch sich selbst als eine einzelne Schicht eingebettet sein, oder es kann in einer Ausführungsform für ein Heizgerät mit einem Metallsubstrat (siehe 2 und 3A–3C) die TPG Schicht in einer eingekapselten Form sein, beispielsweise ein TPG Kern eingekapselt innerhalb einer strukturellen metallischen Mantel. Eingekapseltes TPG ist kommerziell verfügbar von GE Advanced Ceramics in Strongsville, OH als TC1050^® eingekapseltes TPG. TPG kann in einen Heizer als eine zusammenhängende einzelne Lage eingebaut sein oder in einer Ausführungsform, wie in den 5B und 7E veranschaulicht, als eine Vielzahl von kleineren TPG Stücken in einer sich überschneidenden/mosaikartigen Konfiguration.
In einer Ausführungsform wird das TPG innerhalb des Heizers einfach durch die Adhäsion des darunter liegenden Substrats und/oder Überzugs, wo diese einen Kontakt herstellen, festgehalten werden und eingebettet sein. In einer anderen Ausführungsform ist das TPG (in einer reinen TPG Lagenform oder, wie in einem eingekapselten TPG Kern in einem Metallgehäuse, als reines thermisch pyrolytisches Graphit in kleinen Stückgrößen, wie etwa rechteckförmigen, quadratischen Stücken, in zufälligen Größen oder in "Streifen") unter Verwendung eines im Stand der Technik bekannten Hochtemperaturklebstoffs festgeklebt, beispielsweise mit CERAMBOND von Aremco, eine Silikonbindung mit einem thermischen Übertragungskoeffizienten.
Ausführungsformen der Heizvorrichtung sind, mittels einer Beschreibung der eingesetzten Materialien, dem Zusammenbau der Komponenten, deren Herstellungsprozess und auch mit Verweis auf die Figuren wie folgt veranschaulicht.
Allgemeine Ausführungsformen der Heizvorrichtung: In einer Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 33, wie in 1 veranschaulicht und umfasst ein scheibenförmiges metallisches oder keramisches Substrat 12 mit einer darin versenkten Elektrode 16 (nicht gezeigt), deren obere Oberfläche 13 als eine Trageoberfläche für ein Substrat dient, beispielsweise für einen Wafer mit einem typischen Durchmesser von 300 mm oder einer Glasform W. In einer Ausführungsform ist die obere Oberfläche 13 mit einem hohen Grad an Flachheit (innerhalb 0,05 mm Oberflächenvariation) ausgebildet, um die Temperatursteuerung des Substrats W weiter zu verbessern. Elektrische Anschlüsse 15 zum Zuführen von Elektrizität an den Heizwiderstand können am Mittelpunkt der unteren Oberfläche des Substrats 12 oder in einer Ausführungsform an den Seiten des Substrats 12 angebracht sein.
In einer Ausführungsform ist die obere Oberfläche 13 relativ gleichförmig hinsichtlich ihrer Temperatur, d.h. die Differenz zwischen einer maximalen und einer minimalen Temperatur auf der oberen Oberfläche beträgt weniger als 10°C. In einer zweiten Ausführungsform ist die Temperaturdifferenz weniger als 5°C. Eine Temperaturgleichförmigkeit der oberen Oberfläche 13 entspricht einer gleichförmigen Temperatur des beheizten Substrats W. In einer Ausführungsform weist das Substrat W eine maximale Temperaturvariation von 5°C auf und in einer zweiten Ausführungsform eine maximale Temperaturvariation von 2°C.
In einer Heizvorrichtung können eine oder mehrere Elektroden eingesetzt werden. In Abhängigkeit von der Anwendung kann die Elektrode funktionieren als ein Widerstandsheizelement, eine Plasma erzeugende Elektrode, eine elektrostatische Spannvorrichtungs-Elektrode (Englisch: Chuck Electrode) oder eine Elektronenstrahl-Elektrode. Die Elektrode kann innerhalb des Substrats des Heizers in Richtung zu der Oberseite (in der Nähe des Wafer-Substrats) oder der Unterseite (entfernt von dem Wafer-Substrat) eingebettet sein. Eine bodenseitige Position kann dazu beitragen, das Muster der Elektrode zu verteilen und zu der Wärmeverteilung auf dem Wafer-Substrat beizutragen.
In einer Ausführungsform ist die Elektrode in der Form einer Filmelektrode und durch im Stand der Technik bekannte Prozesse ausgebildet, einschließlich Siebdruck, Rotationsbeschichtung (Englisch: Spin Coating) Plasmasprühen, Sprühpyrolyse, reaktive Sprühabscheidung, Sol-Gel, Verbrennungslötlampe (Englisch: Combustion Torch), Lichtbogen (Englisch: Electric Arc), Ionenplattieren, Ionenimplantation, Sputterabscheidung, Laserablation, Verdampfung, Elektroplatinieren und Oberflächen mittels Laser legieren. In einer Ausführungsform umfasst die Filmelektrode ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt, beispielsweise Wolfram, Molybden, Rhenium und Platin oder Legierungen davon. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Filmelektrode mindestens eine von Carbiden oder Oxiden aus Hafnium, Zirkonium, Cerium und Mischungen daraus.
In einer anderen Ausführungsform ist die Elektrodenschicht in der Form eines lang gestreckten, kontinuierlichen Streifens aus pyrolytischem Graphit. Pyrolytisches Graphit ("PG") wird zunächst auf einer Heizerbasis abgeschieden, beispielsweise eine mit pyrolytischem Bornitrid beschichtete Graphitbasis mittels im Stand der Technik bekannten Prozessen, wie etwa chemische Gasphasenabscheidung. Das PG wird dann maschinell in ein vorbestimmtes Muster bearbeitet, beispielsweise in eine Spirale, eine Serpentine, etc. Das Ausbilden des elektrischen Musters der Heizzonen, d.h. eines elektrisch isolierten Widerstandsheizungspfads, kann durch im Stand der Technik bekannte Techniken ausgeführt werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Mikrooberflächenbearbeitung, Mikroumspinnung (Englisch: Micro-Brading), Laserschneiden, chemisches Ätzen oder Elektronenstrahlätzen.
Metallheizer: Ausführungen des Heizers können veranschaulicht werden, indem zunächst auf vielfältige Ausführungsformen des Heizers aus dem Stand der Technik verwiesen wird, wie in den 2 gezeigt. In 2 umfasst ein Heizer 33 aus dem Stand der Technik ein Metallsubstrat 1000, das aus einem Hochtemperatur-Material, beispielsweise Kupfer oder Aluminiumlegierung, wie etwa A6061, hergestellt ist. Elektroden 4001 werden innerhalb des Metallsubstrats 1000 eingebettet. In einer Ausführungsform umfassen Elektroden einen elektrischen Draht, der mit einer wärmeleitfähigen Keramikisolation umgeben ist, der kommerziell als Calrod^® Heizelement verfügbar ist. In einer Ausführungsform weist das Calrod^® Heizelement ein nicht gleichförmiges Serpentinenmuster auf, um eine maßgeschneiderte Wärmeverteilung über die obere Oberfläche des Heizers bereitzustellen.
In typischen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik, wie in 2 veranschaulicht, ist die von dem eingebetteten Heizelement 4001 erzeugte Temperatur nicht gleichförmig verteilt, d.h. T1–T2 kann im wesentlichen 50°C oder mehr unterschiedlich sein. Infolgedessen wird allgemein die Temperatur auf der Oberseite des Heizers, beispielsweise T1' und T2', ebenfalls nicht gleichförmig verteilt sein, mit einer Temperaturdifferenz, die 20°C oder mehr betragen kann. Anschließend wird die Temperaturverteilung auf dem Substrat W nicht gleichförmig verteilt, mit einer Temperaturdifferenz zwischen zwei extremen Temperaturpunkten, die >10°C sein kann. Eine nicht einheitliche Wafer-Temperatur (beispielsweise T1'' – T2'' > 10°C) ist von einem Blickwinkel der Halbleiterverarbeitung nicht wünschenswert, weil dies in der Halbleiter-Geräteherstellung Ausbeuteverluste bewirken kann.
In Ausführungsformen eines metallischen Heizers, wie in den 3A–3C veranschaulicht, ist mindestens ein TPG Wärmeverteiler 600 in dem Metallsubstrat 1000 eingebettet, um die Wärmeabfuhr und/oder -verteilung auf dem Substrat W, für eine relativ gleichförmige Temperatur über dem Substrat W, räumlich zu verteilen und zu regeln. In einer Ausführungsform umfasst der Wärmeverteiler 600 einen innerhalb eines strukturellen metallischen Mantels eingekapselten Kern aus TPG.
3A veranschaulicht eine Ausführungsform eines metallischen Heizers mit einer Elektrode 4001 in der Form eines elektrischen Drahts von wärmeleitfähiger keramischer Isolation (nicht gezeigt) umringt und innerhalb des Metallsubstrats 1000 eingebettet ist.
3B veranschaulicht eine andere Ausführungsform eines Heizers mit einem Metallsubstrat und einer Filmelektrode 4001 mit einer von 5–1000 μm reichenden Dicke aufweist, und die elektrisch isoliert und auf einem Metall-Basissubstrat 18 ausgebildet. 3C veranschaulicht noch eine andere Ausführungsform eines Heizers 33 mit einem Metallsubstrat. Das Metallsubstrat 1 umfasst eine Kupfer- oder Aluminiumlegierung und nimmt eine Vielzahl von Durchläufen der Wasserkühlung 2 und elektrischen Heizwicklungen 3 auf. Die obere Fläche des Metallsubstrats 1 umfasst eine leitfähige Elektrodenschicht 6, die zwischen zwei dielektrischen Schichten 5 und 7 eingelegt ist, und diamantartigen Kohlenstoff (DLC, Englisch: Diamond-Like Carbon) umfasst. Zwischen den Heizern 3, den Kühlern 2 und der oberen Seite ist eine TPG Schicht 4 aufgelagert. Aufgrund ihrer anisotropen thermischen Leitfähigkeit verbessert die TPG Schicht die thermische Leitfähigkeit und reguliert die Temperaturverteilung auf einem auf dem Heizer 33 angeordneten Wafer (nicht gezeigt). Die Außenseite der Heizvorrichtung ist mit einem ringförmigen Ring 8 aus einem thermisch isolierenden Material, wie etwa Aluminium versehen, um die thermische Leitfähigkeit zusätzlich zu verbessern.
Keramischer Heizerkern: Ausführungsformen eines Heizers mit einem keramischen Kern können veranschaulicht werden, indem zunächst auf einen keramischen Heizerkern aus dem Stand der Technik verwiesen wird, wie in 4 gezeigt. In einem keramischen Heizerkern umfasst das Basissubstrat 10 ein elektrisch isolierendes Material (beispielsweise ein gesintertes Substrat), das ausgewählt ist aus der Gruppe von Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden und Oxinitriden von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon. Das Basissubstrat 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass es eine hohe Abriebfestigkeit und hohe Wärmewiderstandseigenschaften aufweist. In einer Ausführungsform umfasst das Basissubstrat 10 AlN mit >99,7% Reinheit und ein gesintertes Agens, das aus Y₂O₃, Er₂O₃ und Kombinationen davon ausgewählt.
Das Basissubstrat 10 ist mit einer Überzugsschicht 30 beschichtet, die elektrisch isolierend ist. In einer Ausführungsform gibt es einen optionalen Haftvermittler (nicht gezeigt), um dazu beizutragen, die Adhäsion zwischen der Schicht 30 und dem Basissub strat 10 zu verbessern. Beispiele von elektrisch leitfähigem Material umfassen Graphit, feuerfeste Metalle, wie etwa W und Mo, Übergangsmetalle, Selten-Erd-Metalle und Legierungen, Oxide und Carbide von Hafnium, Zirkonium und Cerium und Mischungen davon.
In Bezug auf die Überzugsschicht 30 umfasst die Schicht 30 mindestens eines der folgenden: ein Oxid, Nitrid, Carbid, Carbonitrid oder Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen bestehend, Oxiden, Oxinitriden von Aluminium und Kombinationen davon; ein Zirkoniumphosphat mit hoher thermischer Stabilität, das eine NZP Struktur von NaZr₂(PO₄)₃ aufweist; eine Glas-Keramik-Zusammensetzung, die mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus den Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a besteht; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ Glas; und eine Mischung aus SiO₂ und einem plasma-resistenten Material, das ein Oxid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy oder dergleichen oder ein Fluorid von einem dieser Metalle oder ein Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und Kombinationen davon umfasst.
In Bezug auf den optionalen Haftvermittler umfasst die Schicht mindestens eines der folgenden: ein Nitrid, Carbid, Carbonitrid, Borid, Oxid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus Al, Si, feuerfesten Metallen einschließlich Ta, W, Mo, Übergangsmetallen einschließlich Titan, Chrom, Eisen und Mischungen davon. Beispiele umfassen TiC, TaC, SiC, MoC und Mischungen davon.
Eine leitfähige Elektrode 41 mit einem optimalisierten Schaltkreisdesign wird auf dem Keramiksubstrat 10 ausgebildet. Die Elektrode 41 umfasst ein Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Wolfram, Molybden, Rhenium und Platin oder Legierungen davon; Carbiden und Nitriden von Metallen, die zu den Gruppen IVa, Va und VIa der Periodentafel gehören; Carbide oder Oxide von Hafnium, Zirkonium und Cerium und Kombinationen davon. In einer Ausführungsform umfasst die Elektrode 41 ein Material, das einen CTE (thermischer Ausdehnungskoeffizient, Englisch: Thermal Coefficient of Expansion) aufweist, der dicht angepasst ist an den CTE des Substrats 10 (oder seiner Abdeckschicht 30). Damit, dass die CTEs dicht angepasst sind, wird gemeint, dass ein Material einen CTE aufweist, der von 0,75 bis 1,25 mal dem CTE des zweiten Materials reicht.
Die Temperaturverteilung auf dem Substrat W in einem Heizer aus dem Stand der Technik ist typischerweise nicht gleichförmig verteilt, beispielsweise T1'' – T2'' > 10°C. In vielfältigen Ausführungsformen eines Heizers mit einem keramischen Kern, wie in den 5A bis 5E veranschaulicht, gilt, dass der eingebettete TPG Wärmeverteiler 600 die Wärmeentnahme und/oder -verteilung mit dem Substrat W räumlich verteilt und reguliert, für eine relativ gleichförmige Temperatur über dem Substrat W mit einer relativ gleichförmigen Temperaturverteilung mit T1'' – T2'' von weniger als 10°C in einer Ausführungsform und weniger als 5°C in einer anderen Ausführungsform.
In einer Ausführungsform wie in 5A veranschaulicht, wird zwischen zwei Schichten (oder Stäben) eines Rohlings (Englisch: Green Body) vor dem abschließenden Sinterprozess mindestens eine TPG Schicht 600 eingefügt. In einer anderen Ausführungsform wird die TPG Schicht vor dem Heißpressen in das keramische Material, beispielsweise AlN, eingefügt. In noch einer anderen Ausführungsform wird die TPG Schicht (in der Form von reinem TPG oder eingekapseltem TPG) über im Stand der Technik bekannte Prozesse, einschließlich jedoch nicht beschränkt auf, Schlickergießen, in dem keramischen Substrat eingebettet. Nachdem die TPG Schicht eingebettet ist, wird die Elektrode 41 auf dem keramischen Substrat 10 gestaltet bzw. aufgemustert, und anschließend wird das Basissubstrat zusammen mit der Elektrode 41 mit einer elektrisch isolierenden Schicht 30 überzogen.
In einer anderen Ausführungsform des Heizers wie in 5B veranschaulicht, werden in dem keramischen Substrat zwei Schichten aus TPG eingesetzt. Wie gezeigt, werden Löcher durch die TPG Schicht hindurch gestanzt zum Verbessern der Adhäsion zwischen den Schichten aus keramischem Material. Die Löcher können für eine bessere Temperaturverteilung und Regulierung auch so angeordnet sein, dass sie zueinander versetzt sind.
In 5C wird die TPG Schicht nicht in das keramische Substrat 10 eingebettet wie in den vorhergehenden Ausführungsformen. In dieser Ausführungsform wird die TPG Schicht vor dem Aufbringen des Überzugs 30 auf dem keramischen Substrat 10 (auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrode 41) angeordnet. In einer Ausführungsform wird die TPG Schicht 600 zuerst auf dem keramischen Substrat 10 fest aufgeklebt, bevor der Überzug 30 aufgebracht wird.
In 5D wird ein Heizer 33 bereitgestellt, bei dem die TPG Schicht 600 zuerst mit einer keramischen Abdeckschicht oder einer Haftvermittlerschicht (nicht gezeigt) beschichtet, bevor sie in dem keramischen Substrat 10 durch Sintern eingebettet wird. In einer Ausführungsform umfasst die Beschichtung für die TPG Schicht 600 mindestens eines der folgenden: ein Nitrid, Carbid, Carbonitrid, Borid, Oxid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus Al, Si, feuerfesten Metallen einschließlich Ta, W, Mo, Übergangsmetallen einschließlich Titan, Chrom, Eisen, und Mischungen davon.
5E veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der der Heizer auch als eine elektrostatische Spannvorrichtung fungiert. In dieser Ausführungsform umfassen Schichten 70 und 72 dieselben oder verschiedene dielektrische Materialien, beispielsweise Aluminium oder diamantartigen Kohlenstoff (DLC). Die Schicht 71 ist eine Spannfutterelektrode, beispielsweise eine leitfähige Schicht, wie etwa ein metallisierter Film. Die Schichten werden miteinander und mit dem Substrat 10 unter Verwendung eines im Stand der Technik bekannten Hochtemperaturhaftvermittlers verbunden. Mindestens eine TPG Schicht (als eine TPG Lage oder ein eingekapselter TPG Kern) 600 wird gestaltet und unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten, keramischen Herstellungsverfahren in den keramischen Kern 10 eingebettet.
In 5F wird die thermisch pyrolytische Graphitschicht 600 gestaltet und unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Keramikherstellungsverfahren in den keramischen Kern 10 eingebettet, jedoch fungiert die TPG Schicht 600 in dieser Ausführungsform auch als eine kontinuierliche Elektrode und ebenso als ein thermischer Verteiler. Weil TPG auch elektrisch leitfähig ist mit einer Widerstandsfähigkeit von ~0,5 × 10^–3 Ohm-cm, fungiert es auch in dem Fall, dass die Substrattemperatur reguliert werden kann, als Heizelement. Darüber hinaus trägt die hohe thermische Leitfähigkeit von TPG dazu bei, die erzeugte Wärme gleichmäßiger zu verteilen und trägt so dazu bei, die gewünschte thermische Gleichförmigkeit zu erzielen.
In 5G ist die TPG Schicht in das keramische Substrat eingebettet und elektrisch mit einer externen Quelle oder Erde verbunden. Neben der Funktion als eine thermisch hoch leitfähige Ebene kann die TPG Schicht in dieser Konfiguration auch als eine RF Elektrode verwendet werden, um das Plasma innerhalb der Wafer-Verarbeitungsvorrichtung zu verstärken, oder als eine RF Abschirmung, um die elektrische Interferenz zwischen dem RF Feld und den Heizelementen zu eliminieren.
5H veranschaulicht eine Ausführungsform, in der ein Aufnehmer 20 oben auf dem Heizer 33 platziert wird. Die TPG Schicht 600 wird in dem Aufnehmer 20 eingekapselt, welcher Aufnehmer im Stand der Technik bekannte Materialien zum Herstellen von Aufnehmern umfasst, beispielsweise Metall, Keramik, Graphit, Polymermaterialien oder Kombinationen davon. Die Richtung der hohen thermischen Leitfähigkeit von TPG ist in der Ebene der TPG Schicht 600. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Aufnehmer 20 Aluminium. In einer anderen Ausführungsform umfasst der Aufnehmer 20 anodisiertes Aluminium, in dem die TPG Schicht 600 eingekapselt ist.
In der Ausführungsform der 5I wird eine Vielzahl von kleineren TPG Stücken oder Bändern in einer sich senkrecht überschneidenden Konfiguration eingesetzt, so dass "Streifen" ausgebildet werden. In einer Ausführungsform wird eine Anordnung bzw. ein Array von TPG Bändern 600A innerhalb einer Ebene in dem Heizer eingebettet, wobei die longitudinale Richtung der TPG Bänder im Wesentlichen parallel zueinander sind. Eine andere Anordnung von TPG Bändern 600B wird in einer anderen Ebene unterhalb der ersten Ebene 600A eingebettet, wobei die longitudinale Richtung der Bänder 600B im Wesentlichen senkrecht zu der longitudinalen Richtung der TPG Bänder 600A in der ersten Ebene sind. In beiden Ebenen ist die Richtung der hohen thermi schen Leitfähigkeit von TPG in derselben Ebene des TPG Bands. 5J ist eine Draufsicht auf die überschneidende Konfiguration der 5I.
Heizer mit Graphitkern: Es wird für eine Ausführungsform eines Heizers 33 mit Graphitkern im Stand der Technik mit einem Graphit-Kernsubstrat 100 auf die 6 verwiesen. Obwohl Graphit als der Kern 100 bezeichnet ist, können in Abhängigkeit von der Anwendung andere elektrisch leitfähige Materialien eingesetzt werden, einschließlich jedoch nicht beschränkt auf Graphit, feuerfeste Metalle, wie etwa W und Mo, Übergangsmetalle, Selten-Erd-Metalle und Legierungen, Oxide und Carbide von Hafnium, Zirkonium und Cerium, und Mischungen davon. Der Kern 100 ist mit einer elektrisch isolierenden Überzugsschicht 200 beschichtet und optional mit einem Haftvermittler (nicht gezeigt), um dazu beizutragen, die Adhäsion zwischen der Überzugsschicht 200 und dem Basissubstratkern 100 zu verbessern. In Bezug auf die Überzugsschicht 200 umfasst die Schicht mindestens eines der folgenden: Oxide, Nitride, Carbide, Carbonitride oder Oxinitride von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, Oxide, Oxinitride von Aluminium, und Kombinationen davon. Ein Beispiel ist pyrolytisches Bornitrid (pBN). In Bezug auf den optionalen Haftvermittler umfasst die Schicht mindestens eines der folgenden: ein Nitrid, Carbid, Carbonitrid, Borid, Oxid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus Al, Si, feuerfesten Metallen einschließlich Ta, W, Mo, Übergangsmetallen einschließlich Titan, Chrom, Eisen, und Mischungen davon. Beispiele umfassen TiC, TaC, SiC, MoC und Mischungen davon.
Die Elektrode 401 umfasst eine Filmelektrode 16 mit einer von 5–1000 μm reichenden Dicke, welche Filmelektrode durch im Stand der Technik bekannte Verfahren auf der elektrisch isolierenden Schicht 200 ausgebildet wird. In einer Ausführungsform umfasst die Filmelektrode 401 ein Metall mit einem hohen Schmelzpunkt, beispielsweise Wolfram, Molybden, Rhenium und Platin oder Legierungen davon. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Filmelektrode 401 mindestens eines der folgenden: Carbide oder Oxide von Hafnium, Zirkonium, Cerium und Mischungen davon. In einem Beispiel wird eine elektrolytische Kupferfolie mit einer Filmdicke von 18 μm als Elektrode 401 verwendet. Der Heizer 33 ist ferner beschichtet mit einem ätz-resistenten Schutzüberzugsfilm 300, der mindestens eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, Carbid, Carbonitrid oder Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon, mit einem CTE, der von 2,0 × 10^–6/K bis 10 × 10^–6/K in einem Temperaturbereich von 25 bis 1000°C reicht. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Schicht 300 ein Zirkoniumphosphat mit hoher thermischer Stabilität. In einer dritten Ausführungsform enthält die Schicht 300 eine Glas-Keramik-Zusammensetzung, die mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus den Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a der Periodentafel der Elemente besteht. Beispiele von geeigneten Glas-Keramik-Zusammensetzungen enthalten Lanthan-Aluminiumsilikat (LAS), Magnesium-Aluminiumsilikat (MAS), Kalzium-Aluminiumsilikat (CAS) und Yttrium-Aluminiumsilikat (YAS). Die Dicke der schützenden Überzugsschicht 300 variiert in Abhängigkeit von der Anwendung und dem eingesetzten Verfahren, beispielsweise CVD, Ionenplattieren, ETP, etc. variierend von 1 μm bis zu einigen hundert μm.
In verschiedenen Ausführungsformen für einen Heizer mit einem Graphitkern als Variationen des in 6 veranschaulichten Heizers aus dem Stand der Technik verwendet der Heizer mindestens einen eingebettete TPG Wärmeverteiler 600, um die Temperatur über dem Substrat W auf eine relativ gleichförmige Temperaturverteilung zu verteilen und/oder zu regulieren, mit T1''–T2'' von weniger als 10°C in einer Ausführungsform und weniger als 5°C in einer anderen Ausführungsform. Verschiedene Ausführungsformen des Heizers 33 sind in den 7A–7A veranschaulicht.
7A veranschaulicht einen Heizer 33, bei dem der TPG Wärmeverteiler 600 in dem Heizer zwischen der Basisbeschichtung 200 und der Überzugsschicht 300 einbettet ist. Die TPG Schicht 600 ist in einer Ausführungsform einfach durch Adhäsion des Überzugs und der Basisschicht, da wo sie Kontakt machen, festgehalten. In einer Ausführungsform ist in der TPG Schicht 600 eine Vielzahl von Durchlöchern an ausgewählten Positionen eingebaut, wo sich der Überzug und die Basisbeschichtungsschichten verbinden und aneinander haften können. In einer anderen Ausführungsform wird das TPG 600 mit einem mit hohen Temperaturen kompatiblem Klebstoff, beispielsweise Ceramabond^® Klebstoff von Aremco, in Position geklebt.
In 7B ist der TPG Wärmeverteiler 600 in dem Heizer zwischen dem Graphitsubstrat 100 und der Basisüberzugsschicht 200 (an der Oberseite in der Nähe des Substrats W) eingebettet. Das TPG 600 kann einfach durch die Adhäsion der Basisbeschichtung und dem Substrat, wo diese Kontakt machen, in Position gehalten werden oder durch Einbauen einer Anzahl von Durchlöchern für die Basisbeschichtung zum Verbinden und ferner anhaften an dem Substrat, oder durch die Verwendung eines Hochtemperaturklebstoffs. In noch einer anderen Ausführungsform wird pyrolytisches Graphit auf dem Graphitsubstrat 100 abgeschieden und anschließend durch einen thermischen Ausheizungsprozess geschickt, so dass die TPG Schicht 600 direkt auf dem Graphitsubstrat 100 angehaftet ausgebildet wird.
7C ist eine Variation des Heizers 33 der 7B, wobei die Veränderung in der Position des TPG Wärmeverteilers 600 besteht, welcher in dem Heizer zwischen dem Graphitsubstrat 100 und der Basisbeschichtung 200 ist, und an der Unterseite des Graphitsubstrats 100 eingebettet.
In 7D werden mindestens zwei TPG Wärmeverteiler 600 eingesetzt, wobei die Wärmeverteiler 600 sowohl an der Oberseite als auch der Unterseite des Heizers, zwischen dem Graphitsubstrat 100 und der Basisabdeckungsschicht 200, eingebettet sind.
7E veranschaulicht eine Ausführungsform eines Heizers 33, bei dem eine Vielzahl von TPG Wärmeverteilern 600 an der Oberseite des Heizers 33 verwendet/eingebettet wird. In einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Durchlöchern in den TPG Schichten 600 bereitgestellt, um die Adhäsion zwischen dem Graphitsubstrat, der Basisabdeckung 200 und dem Überzug 300 zu verbessern. In einer anderen Ausführungsform werden kleinere Stücke von TPG benutzt, so dass sie in sich überschneidenden Schichten eine Mosaikkonfiguration ausbilden, wobei die meisten der Löcher und Begrenzungen gegeneinander versetzt sind.
In den veranschaulichten Ausführungsformen ist die Elektrode für einen optimalen thermischen Entwurf bzw. Design an der Unterseite (oder in der Nähe der Unterseite) des Heizers 33 positioniert. Jedoch können (obwohl diese nicht veranschaulicht sind) für einen Heizer mit einer gleichförmigen Temperaturverteilung auf der Oberfläche, der Elektroden aufweist, die an der Oberseite des Heizers 33 (in der Nähe des getragenen Wafers) ausgebildet sind, andere Ausführungsformen vorhergesehen werden. In einer anderen Ausführungsform (nicht veranschaulicht) ist die TPG Schicht zwischen dem Wafer-Substrat W und der gemusterten Elektrode, die an der Oberseite des Heizers 33 gelegen ist, positioniert. In einer noch anderen Ausführungsform (nicht veranschaulicht) ist die TPG Schicht immer noch nahezu genauso effektiv, wobei sie für eine verbesserte Effizienz und Heizerverteilung unterhalb des Heizermusters angeordnet ist, wobei die C Richtung in der TPG Schicht eine Barriere für den Wärmefluss ist.
Der Heizer nach der Erfindung kann in einer Anzahl verschiedener Prozesse eingesetzt werden, einschließlich einer Plasma-Ätzkammer zum Verarbeiten von Glasschmelzen, oder in Halbleiter-Verarbeitungskammern einschließlich jedoch nicht begrenzt auf atomare Schichtepitaxie (ALD, Englisch: Atomic Layer Epitaxy), Niederdruck CVD (LPCVD) und plasmagestütztes CVD (PECVD).
Die Erfindung wird ferner durch die folgenden, nicht begrenzenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiele: In den Beispielen werden rechenbetonte Fluid-Dynamik (CFD, Englisch: Computational Fluid Dynamics) Berechnungen ausgeführt, um die Heizvorrichtungen zu modellieren. Die 8A und 8B sind schematische Ansichten des konstruierten Modells, um die Leistungsfähigkeit des Heizers nach dem Stand der Technik im Vergleich mit einer Ausführungsform des Heizers mit mindestens einer eingebetteten TPG Schicht zu vergleichen. Das Modell ist ein axialsymmetrisches 2-D Modell.
In dem Modell eines Heizers aus dem Stand der Technik wird für den keramischen Kern gesintertes AlN mit einer isotropen thermischen Leitfähigkeit von 160 W/mK verwendet. In dem Modell einer Ausführungsform des Heizers nach der Erfindung ist die TPG Schicht in dem gesinterten AlN keramischen Kern eingebettet. Die TPG Schicht weist in der horizontalen Ebene eine anisotrope thermische Leitfähigkeit von 1500 W/mK und in der vertikalen Ebene von 20 W/mK auf. In den Berechnungen wird ein perfekter Kontakt zwischen dem TPG und AlN angenommen. Die Dicke des TPG (th) wird variiert, genauso wie der Abstand von der oberen Oberfläche, wo th TPG angeordnet ist (d).
In den Modellen wird ein einzelner Wafer mit variierenden Leistungseingabeniveaus erwärmt. Die Leistung wird in eine Elektrode an der Unterseite eines Substrats/Elektrodensystems eingegeben, und die Temperatur wird auf der Oberseite der Struktur als eine Funktion der Position bestimmt. Aus diesen Daten wird die Differenz zwischen der maximalen und minimalen Temperatur berechnet. Wie veranschaulicht, strahlen die Oberflächen (mit einem angenommenen Emissionsgrad von 0,4) in den freien Raum mit einer Hintergrundtemperatur von 0°C. Die Temperaturgleichförmigkeit auf der Waferoberfläche ist definiert als die Differenz zwischen der maximalen Temperatur und der minimalen Temperatur, so wie sie von Thermoelementen, die über der Waferoberfläche angeordnet sind, gemessen werden. Das Gleichförmigkeitserfordernis ist in dem Fall des metallorganischen chemischen Dampfabscheidungs-(MOCVD)Prozesses streng. Daher beeinflusst jedes Grad Celsius an Variation in der Temperaturgleichförmigkeit den Ablagerungsprozess. Die Ergebnisse des Computermodells sind in den 9–12 veranschaulicht.
9 ist ein Profil der Wafertemperatur in dem Heizer aus dem Stand der Technik mit 10, 200 und 1000 Watt Leistungseingabe in die Elektrode. Die Temperaturverteilung auf der Oberseite der Waferstruktur wird modelliert.
10–12 sind Profile von verschiedenen Ausführungsformen eines Heizers nach der Erfindung. 10 zeigt das Temperaturprofil eines Heizers mit einer 1 mm dicken TPG Schicht, die in einem AlN Kernsubstrat eingebettet ist. Die TPG Schicht ist 2,5 mm von der Oberseite angeordnet, jedoch zeigen die Ergebnisse, dass die Temperaturverteilung in Bezug auf die Position der TPG Schicht relativ unempfindlich ist.
In 11 ist eine viel dickere, 3 mm dicke TPG Schicht eingebettet in einer Ausführungsform eines Heizers mit AlN Kern, wobei 10, 200 oder 1000 Watt Leistung in die Elektrode eingegeben werden. Die Ergebnisse zeigen eine markante Verbesserung in der Temperaturgleichförmigkeit, insbesondere bei niedrigerer Leistungseingabe. Wiederum zeigen die Modellergebnisse, dass die Temperaturverteilung in Bezug auf die Position der TPG Schicht relativ unempfindlich ist.
12 zeigt eine bemerkenswert gleichförmige Temperaturverteilung an der Oberseite der Struktur mit einer eingebetteten, 6 mm dicken TPG Schicht 2,5 mm von der Oberseite des Heizers (entfernt von dem Wafer). Die Tmax – Tmin variiert von 0,03°C bis 7,7°C abhängig vom Niveau der Leistungseingabe. Wie gezeigt kann für jedes Leistungsniveau eine TPG Dicke so optimalisiert werden, um eine maximale Temperaturgleichförmigkeit über das Wafer-Substrat zu ermöglichen, d.h. in einer Ausführungsform <5°C Tmax – Tmin bis zu <2°C Tmax – Tmin für einige Anwendungen.
Diese schrifltiche Beschreibung benutzt Beispiele einschließlich dem besten Modus, um die Erfindung zu offenbaren und auch um es jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu benutzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Patentansprüche definiert und kann andere Beispiele, als diejenigen, die dem Fachmann erscheinen, umfassen. Es ist beabsichtigt, dass derartige andere Beispiele innerhalb des Schutzumfangs der Patentansprüche sind, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht vom Wortlaut der Patentansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden vom Wortlaut der Patentansprüche enthalten. Alle hierin verwiesenen Fundstellen werden hierin durch Verweis ausdrücklich mit eingeschlossen.

Claims

Eine Vorrichtung zum Tragen eines Substrats in einer Prozesskammer und Regeln der Oberflächentemperatur des Substrats, die Vorrichtung umfassend: einen Basisträger mit einer zum Tragen des Substrats angepassten Oberfläche; ein Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C; mindestens eine in dem Basisträger angeordnete Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphitmaterial, wobei die mindestens eine Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphit (TPG) eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1000 W/m°C in einer Ebene parallel zu dem getragenen Substrat aufweist; wobei die Oberfläche des Basisträgers eine maximale Temperaturvariation von 10°C zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf der Oberfläche des Basisträgers aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiter-Verarbeitungskammer, wobei das Wafer-Substrat eine maximale Temperaturvariation von 5°C auf einer Oberfläche des Wafer-Substrats aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, wobei die mindestens eine TPG Schicht eine von 0,5 mm bis 15 mm reichende Dicke aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die mindestens eine TPG Schicht eine Dickenvariation von weniger als 0,005 mm aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die TPG Schicht eine Vielzahl von Stücken aus thermisch pyrolytischem Graphit mit gleichen oder verschiedenen Größen und Geometrien umfasst.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die TPG Schicht eine Vielzahl von Bändern aus thermisch pyrolytischem Graphit mit einer longitudinalen Richtung umfasst, wobei die Bänder in einer sich senkrecht überschneidenden, Streifen ausbildenden Konfiguration eingesetzt werden; mindestens zwei TPG Bänder in einer ersten Ebene angeordnet sind, wobei die longitudinale Richtung der TPG Bänder im Wesentlichen parallel zueinander sind; mindestens zwei TPG Streifen in einer zweiten Ebene getrennt von der ersten Ebene angeordnet sind, deren longitudinale Richtung senkrecht zu der longitudinalen Richtung der TPG Bänder in der ersten Ebene ist; und die TPG Schicht eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1000 W/mK in sowohl der ersten als auch der zweiten Ebene aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, ferner umfassend einen auf dem Basisträger angeordneten Aufnehmer, wobei der Aufnehmer das Substrat direkt trägt, wobei der Aufnehmer Aluminium oder Aluminiumlegierungen umfasst und das Basissubstrat umfasst: ein gesintertes Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden und Oxinitriden von Elementen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der das zu verarbeitende Substrat tragende Basisträger eines der folgenden umfasst: Hochtemperaturmetalle und Legierungen davon; Volumengraphit; feuerfestes Metall, Übergangsmetall, Selten-Erd-Metall und Legierungen davon; Oxide und Carbide von Hafnium, Zirkonium und Cerium und Mischungen davon; Oxide, Nitride, Carbide, Carbonitride und Oxinitride von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfeste Hartmetalle, Übergangsmetalle besteht; und Kombinationen davon.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–8 zur Verwendung beim Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiter-Prozesskammer, wobei der Basisträger zum Tragen des Wafers ein Basissubstrat mit mindestens einem aus Kupfer, Aluminium und Legierungen davon umfasst; die mindestens eine Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphit in dem Metall-Basissubstrat eingebettet ist; das Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C in dem Metall-Basissubstrat eingebettet ist, unter der thermisch pyrolytischen Graphitschicht und entfernt bzw. weg von dem Wafer-Substrat.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–9 zur Verwendung beim Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiter-Prozesskammer, wobei der Basisträger zum Tragen des Wafer-Substrats ein Basissubstrat mit mindestens einem aus Kupfer, Aluminium und Legierungen davon umfasst; das Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C zwischen zwei dielektrischen Schichten eingelegt ist und auf dem Metall-Basissubstrat angeordnet ist; die mindestens eine Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphit in dem Metall-Basissubstrat, unter dem Heizelement und den dielektrischen Schichten, und entfernt von dem Wafer-Substrat eingebettet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10 zur Verwendung beim Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiter-Prozesskammer, wobei der Basisträger zum Tragen des Wafer-Substrats ein Basissubstrat umfasst, das eines der folgenden umfasst: ein keramisches Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden und Oxinitriden von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon, wobei das keramische Basissubstrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die untere Oberfläche von dem auf der Vorrichtung getragenen Wafer weg gerichtet ist; die mindestens eine thermisch pyrolytische Graphitschicht in dem keramischen Basissubstrat eingebettet ist; das Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C auf der unteren Oberfläche des keramischen Basissubstrats angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–11, wobei die TPG Schicht zur Benutzung als eine RF Elektrode mit einer externen Quelle oder Erde elektrisch verbunden ist.
Eine Vorrichtung zum Tragen eines Substrats in einer Prozesskammer und Regeln der Oberflächentemperatur des Substrats, die Vorrichtung umfassend: einen Basisträger mit einer Oberfläche, die zum Tragen des Substrats ausgebildet, wobei der Basisträger ein Basissubstrat umfasst mit einem keramischen Material, das ausgewählt ist aus der Gruppe von Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden und Oxinitriden von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon, wobei das keramische Basissubstrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die untere Oberfläche von dem auf der Vorrichtung getragenen Wafer weg gerichtet ist; wobei der Basisträger ferner eine erste Abdeckschicht zum Überziehen des keramischen Basissubstrats umfasst, wobei die Abdeckschicht eines der folgenden umfasst: Oxide, Nitride, Oxinitride von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus Al, B, Si, Ga, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; ein Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C, das auf der unteren Oberfläche des keramischen Basissubstrats angeordnet ist; mindestens eine Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphitmaterial, die auf dem Basisträger angeordnet ist, wobei die thermisch pyrolytische Graphit (TPG) Schicht eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1000 W/m°C in einer Ebene parallel zu dem getragenen Substrat aufweist, und in das keramische Basissubstrat oder zwischen dem keramischen Basissubstrat und der ersten Abdeckschicht eingebettet ist; wobei die Oberfläche des Basisträgers eine maximale Temperaturvariation von 10°C zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf der Oberfläche des Basisträgers aufweist.
Eine Vorrichtung zum Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiter-Prozesskammer, mit einem Basisträger umfassend: ein Basissubstrat umfassend Volumengraphit, wobei das Graphit-Basissubstrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die untere Oberfläche von dem auf der Vorrichtung getragenen Wafer weg gerichtet ist; eine erste Abdecksschicht zum Beschichten des Graphit-Basissubstrat, wobei die Abdeckschicht ein elektrisch isolierendes Material umfasst, das ausgewählt ist aus einem der folgenden: einem Oxid, Nitrid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus Al, B, Si, Ga, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; mindestens einer Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphit, die auf der ersten Abdeckschicht angeordnet oder zwischen dem Graphit-Basissubstrat und der ersten Abdeckschicht angeordnet ist; ein Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C, wobei das Heizelement auf der unteren Oberfläche des beschichteten Graphit-Basissubstrats angeordnet ist; eine Überzugsschicht zum Beschichten des Basisträgers, wobei die Überzugsschicht eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, Carbid, Kohlenstoffnitrid, Oxinitrid von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; ein Zirkoniumphosphat mit einer NZP-Struktur aus NaZr₂(PO₄)₃; einer Glas-Keramik-Zusammensetzung, die mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus den Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a besteht; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ Glas; und eine Mischung aus SiO₂ und einem plasma-resistenten Material, das ein Oxid oder Fluorid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy und Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) umfasst; wobei der durch die Vorrichtung getragene Wafer eine maximale Temperaturvariation von 10°C zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf dem Wafer aufweist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, wobei der Basisträger zwei Schichten aus thermisch pyrolitischem Graphit umfasst, eine erste Schicht und eine zweite Schicht, und wobei die erste Schicht auf der oberen Oberfläche des Graphit-Substrats angeordnet ist und die zweite Schicht auf der unteren Oberfläche des Graphit-Substrats angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, wobei der Basisträger zwei Schichten aus thermisch pyrolitischem Graphit umfasst, eine erste Schicht und eine zweite Schicht, wobei die erste Schicht auf der oberen Oberfläche des Graphit-Substrats und zwischen dem Graphit-Substrat und der ersten Abdeckschicht angeordnet ist, und die zweite Schicht auf der ersten Abdeckschicht auf der oberen Oberfläche des Graphit-Substrats angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, wobei die mindestens eine Schicht aus thermisch pyrolitischem Graphit auf der oberen Oberfläche des Graphit-Basissubstrats und zwischen dem Graphit-Basissubstrat und der ersten Abdeckschicht angeordnet ist.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–14, wobei die mindestens eine Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphit auf der unteren Oberfläche des Graphit-Basissubstrats und zwischen dem Graphit-Basissubstrat und der ersten Abdeckschicht angeordnet ist.
Eine Vorrichtung zur Verwendung beim Tragen eines Wafer-Substrats in einer Halbleiter-Prozesskammer, mit einem Basisträger umfassend: ein Basissubstrat umfassend ein keramisches Material, das ausgewählt ist aus einem der folgenden: Oxide, Nitride, Carbide, Kohlenstoffnitride und Oxinitride von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon, wobei das keramische Basissubstrat eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, wobei die untere Oberfläche von dem auf der Vorrichtung getragenen Wafer weg gerichtet ist; mindestens eine thermisch pyrolytische Graphitschicht, die auf der oberen Oberfläche des Basissubstrats angeordnet ist; ein erste Abdeckschicht zum Beschichten der thermisch pyrolytischen Graphitschicht und des keramischen Basissubstrats, wobei die erste Abdeckschicht ein elektrisch isolierendes Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: Oxiden, Nitriden, Carbiden, Carbonitriden, Oxinitriden, von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht; Oxiden, Oxinitriden von Aluminium; und Kombinationen davon; ein Heizelement, das auf der ersten Abdeckschicht angeordnet ist, wobei das Heizelement eines der folgenden umfasst: pyrolytisches Graphit, feuerfeste Metalle, Übergangsmetalle, Selten-Erd-Metalle und Legierungen, Oxide und Carbide von Hafnium, Zirkonium und Cerium und Mischungen davon; eine Überzugsschicht zum Beschichten des Basisträgers, wobei die Überzugsschicht eines der folgenden umfasst: ein Nitrid, Carbid, Carbonitrid, Oxynitrid, von Elementen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die aus B, Al, Si, Ga, Y, feuerfesten Hartmetallen, Übergangsmetallen besteht, und Kombinationen davon; ein Zirkoniumphosphat mit einer NZP-Struktur von NaZr₂(PO₄)₃; eine Glas-Keramik-Zusammensetzung, die mindestens ein Element enthält, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus den Elementen der Gruppe 2a, Gruppe 3a und Gruppe 4a besteht; ein BaO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ Glas; und eine Mischung aus SiO₂ und einem plasma-resistenten Material, das ein Oxid oder Fluorid von Y, Sc, La, Ce, Gd, Eu, Dy und Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) umfasst; und wobei der von der Vorrichtung getragene Wafer eine maximale Temperaturvariation von 10°C zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf dem Wafer aufweist.
Eine Halbleiter-Prozesskammer mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–19.
Ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–19.
Ein Verfahren zum Regeln der Oberflächentemperatur eines Substrats durch Verarbeiten des Substrats auf einer Vorrichtung, die folgendes aufweist: einen Basisträger mit einer oberen Oberfläche ausgebildet zum Tragen des Substrats; ein Heizelement zum Heizen des Substrats auf eine Temperatur von mindestens 300°C; eine in dem Substrat angeordnete Schicht aus thermisch pyrolytischem Graphitmaterial, wobei die thermisch pyrolytische Graphit(TPG)Schicht eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 1000 W/m°C in einer Ebene parallel zu dem getragenen Substrat aufweist, wobei die Oberflächentemperatur des Substrats für eine maximale Temperaturvariation zwischen einem niedrigsten Punkt und einem höchsten Temperaturpunkt auf der Oberfläche des Substrats von 10°C geregelt wird.
Die Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–19 beim Verarbeiten eines Substrats.