JP7018882B2 - 処理チャンバのための高温ヒータ - Google Patents

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Description

本開示は、広くは、処理チャンバのための加熱装置に関する。特に、本開示は、バッチ処理チャンバのための高温ヒータに関する。
半導体デバイス形成は、一般に、クラスタツールとも称され得る、複数のチャンバを包含する基板処理システム又はプラットフォーム内で行われる。ある事例において、マルチチャンバ処理プラットフォーム又はクラスタツールの目的は、制御された環境内で、順次、２以上のプロセスを１枚の基板に対して実行することである。しかし、他の事例では、マルチチャンバ処理プラットフォームが、複数の基板上で単一の処理ステップしか実行しないこともある。基板が処理される速度を最大化するために、更なるチャンバが用いられ得る。後者の場合、基板上で実行されるプロセスは、典型的には、バッチプロセスであり、そのバッチプロセスでは、比較的多数の、例えば２５枚又は５０枚の基板が、所与のチャンバ内で同時に処理される。バッチ処理は、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス及び一部の化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセスなどの、経済的に実行可能な様態において個々の基板上で実行するには時間がかかりすぎるプロセスにとって、特に有益である。
温度の均一性は、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセスにおいて重要な関心事であり得る。ＣＶＤ及びＡＬＤシステムの加熱システムにおいては、抵抗ヒータが広く採用されている。ウエハにわたる温度の均一性における、ほんの摂氏数度のオーダーの、わずかなばらつきでさえも、ＣＶＤ又はＡＬＤプロセスに悪影響を与える可能性がある。バッチ処理チャンバのサイズは、加熱源の複雑さ及び要件を更に増加させる。したがって、バッチ処理チャンバのための改良されたヒータが、当該技術分野において必要である。
本開示の１以上の実施形態は、表面及び中心軸を有する円筒本体と複数の加熱要素とを備えたヒータアセンブリを対象とする。複数の加熱要素は、円筒本体の表面上で軸から離れる方向に間隔を空けられている。複数の加熱要素の各々が、軸から離れる方向に間隔を空けられた加熱区域を形成する。各加熱要素は、加熱要素の長さを規定する内側端と外側端を有する螺旋形状を有する。螺旋形状の各コイルは、隣接するコイル間のアーク放電を妨げるのに十分な距離だけ、隣接するコイルから間隔を空けられている。
本開示の更なる実施形態は、サセプタアセンブリを対象とする。サセプタアセンブリは、表面と中心軸を有する円筒本体を有するヒータアセンブリを備える。複数の加熱要素が、円筒本体の表面上で軸から離れる方向に間隔を空けられている。複数の加熱要素の各々が、軸から離れる方向に間隔を空けられた加熱区域を形成する。各加熱要素は、加熱要素の長さを規定する内側端と外側端を有する螺旋形状を有する。螺旋形状の各コイルは、隣接するコイル間のアーク放電を妨げるのに十分な距離だけ、隣接するコイルから間隔を空けられている。
本開示の更なる実施形態は、ガス分配アセンブリ、サセプタアセンブリ、及びヒータアセンブリを備えた処理チャンバを対象とする。ヒータアセンブリは、表面及び中心軸を有する円筒本体と複数の加熱要素とを備える。複数の加熱要素は、円筒本体の表面上で軸から離れる方向に間隔を空けられている。複数の加熱要素の各々が、軸から離れる方向に間隔を空けられた加熱区域を形成する。各加熱要素は、加熱要素の長さを規定する内側端と外側端を有する螺旋形状を有する。螺旋形状の各コイルは、隣接するコイル間のアーク放電を妨げるのに十分な距離だけ、隣接するコイルから間隔を空けられている。
本開示の上述の特徴を詳しく理解し得るように、上記で簡単に要約されている本開示の、より詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られる。一部の実施形態は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容し得ることから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
本開示の１以上の実施形態による、バッチ処理チャンバの断面図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、バッチ処理チャンバの部分斜視図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、バッチ処理チャンバの概略図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、バッチ処理チャンバにおいて使用される楔形ガス分配アセンブリの一部分の概略図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、バッチ処理チャンバの概略図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、ヒータアセンブリを示す。 本開示の１以上の実施形態による、ヒータアセンブリの部分断面図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、ヒータアセンブリの部分断面図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、ヒータアセンブリの部分図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、ヒータアセンブリを組み込んだサセプタアセンブリの部分断面図を示す。 本開示の１以上の実施形態による、サセプタアセンブリに隣接するヒータアセンブリの部分断面図を示す。
本開示の幾つかの例示的な実施形態が説明される前に理解するべきことは、本開示が以下の説明で提示される構成又は処理ステップの詳細に限定されないということである。本開示は、他の実施形態も可能であり、様々なやり方で実施又は実行することができる。
本明細書で使用される「基板」は、製造プロセス中にその上で膜処理が実行されるところの任意の基板又は基板上に形成された材料面を指す。例えば、その上で処理が実行され得るところの基板表面は、用途に応じて、ケイ素、酸化ケイ素、ストレインドシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、炭素がドープされた酸化ケイ素、アモルファスシリコン、ドープされたケイ素、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイアなどの材料、並びに、金属、金属窒化物、金属合金、及びその他の導電性材料などの任意の他の材料を含む。基板は、半導体ウエハを含むが、それに限定されるものではない。基板表面を、研磨、エッチング、還元、酸化、ヒドロキシル化、アニーリング、及び／又はベークするために、基板を前処理プロセスに晒してもよい。基板自体の表面上で直接膜処理することに加えて、本開示では、開示される任意の膜処理ステップが、以下でより詳細に開示されるように基板上に形成された下層上で実行されてもよい。「基板表面」という用語は、文脈が示すように、そのような下層を含むことが意図されている。したがって、例えば、膜／層又は部分的な膜／層が、基板表面の上へ堆積された場合、新しく堆積された膜／層の曝露面が、基板表面となる。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される際に、「前駆体」、「反応物」、「反応性ガス」などの用語は、基板表面と反応し得る任意のガス状核種（gaseous species）を指すために、相互交換可能に使用される。
図１は、注入器又は注入器アセンブリとも称されるガス分配アセンブリ１２０、及び、サセプタアセンブリ１４０を含む、処理チャンバ１００の断面図を示している。ガス分配アセンブリ１２０は、処理チャンバ内で使用される任意の種類のガス供給デバイスである。ガス分配アセンブリ１２０は、サセプタアセンブリ１４０に面する前面１２１を含む。前面１２１は、サセプタアセンブリ１４０に向けてガスの流れを供給するための任意の数の又は様々な開口部を有し得る。ガス分配アセンブリ１２０は、示されている実施形態では実質的に丸い外側周縁端部１２４も含む。
使用されるガス分配アセンブリ１２０の特定の種類は、使用されている特定の処理に応じて変動し得る。本開示の実施形態は、サセプタとガス分配アセンブリとの間隙が制御される、任意の種類の処理システムを用いて使用され得る。様々な種類のガス分配アセンブリ（例えば、シャワーヘッド）が採用され得るが、本開示の実施形態は、複数の実質的に平行なガスチャネルを有する空間的ガス分配アセンブリを用いると、特に有用であり得る。この明細書及び付随する特許請求の範囲において、「実質的に平行（substantially parallel）」という文言は、ガスチャネルの長手方向軸が大体同じ方向に延在することを意味する。ガスチャネルの平行度には若干の不完全性があってもよい。２成分反応においては、複数の実質的に平行なガスチャネルが、少なくとも１つの第１の反応性ガスＡチャネル、少なくとも１つの第２の反応性ガスＢチャネル、少なくとも１つのパージガスＰチャネル、及び／又は少なくとも１つの真空Ｖチャネルを含み得る。（１以上の）第１の反応性ガスＡチャネル、（１以上の）第２の反応性ガスＢチャネル、及び（１以上の）パージガスＰチャネルから流れるガスは、ウエハの頂面に向けられている。ガス流の一部は、ウエハの表面にわたり水平方向に移動し、（１以上の）パージガスＰチャネルを通って処理領域から出る。ガス分配アセンブリの一端から他端へ移動する基板は、順番に処理ガスの各々に晒され、基板表面上に層を形成することとなる。
ある実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０が、単一の注入器ユニットから作られた固い静止した本体である。１以上の実施形態では、図２で示されるように、ガス分配アセンブリ１２０が、複数の個別の区域（例えば、注入器ユニット１２２）から作り上げられている。単一片の本体又は複数区域の本体の何れも、説明される本開示の様々な実施形態と共に使用され得る。
サセプタアセンブリ１４０は、ガス分配アセンブリ１２０の下方に配置されている。サセプタアセンブリ１４０は、頂面１４１と、頂面１４１内の少なくとも１つの凹部１４２とを含む。サセプタアセンブリ１４０は、底面１４３及び端部１４４も有する。凹部１４２は、処理されている基板６０の形状及びサイズに応じて、任意の適切な形状及びサイズであり得る。図１で示されている実施形態では、凹部１４２が、ウエハの底を支持するために平坦な底を有する。しかし、凹部の底は変動し得る。ある実施形態では、凹部が、ウエハの外側周縁端部を支持するためにサイズ決定された、凹部の外側周縁端部の周りの段差領域を有する。段差によって支持されるウエハの外側周縁端部の量は、例えば、ウエハの厚さと、ウエハの裏側に既にある特徴の存在とに応じて変動し得る。
ある実施形態において、図１で示されているように、サセプタアセンブリ１４０の頂面１４１内の凹部１４２は、凹部１４２内で支持されている基板６０が、サセプタ１４０の頂面１４１と実質的に同一平面上にある頂面６１を有するように、サイズ決定される。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される際に、「実質的に同一平面」という表現は、ウエハの頂面とサセプタアセンブリの頂面が、±０．２ｍｍ内で同一平面にあることを意味する。ある実施形態では、頂面が、±０．１５ｍｍ、±０．１０ｍｍ、又は±０．０５ｍｍの範囲内で同一平面にある。
図１のサセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０を上昇、下降、及び回転させることが可能な支持ポスト１６０を含む。サセプタアセンブリは、支持ポスト１６０の中心部内にヒータ、又はガスライン、又は電子部品を含み得る。支持ポスト１６０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間隙を広げたり狭めたりして、サセプタアセンブリ１４０を適正位置へと移動させる、主たる手段であり得る。サセプタアセンブリ１４０は、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との所定の間隙１７０を生成するために、サセプタアセンブリ１４０に対して微調整を行うことができる、微調整用アクチュエータ１６２も含み得る。
ある実施形態では、間隙１７０の距離が、約０．１ｍｍ～約５．０ｍｍの範囲内、又は約０．１ｍｍ～約３．０ｍｍの範囲内、又は約０．１ｍｍ～約２．０ｍｍの範囲内、又は約０．２ｍｍ～約１．８ｍｍの範囲内、又は約０．３ｍｍ～約１．７ｍｍの範囲内、又は約０．４ｍｍ～約１．６ｍｍの範囲内、又は約０．５ｍｍ～約１．５ｍｍの範囲内、又は約０．６ｍｍ～約１．４ｍｍの範囲内、又は約０．７ｍｍ～約１．３ｍｍの範囲内、又は約０．８ｍｍ～約１．２ｍｍの範囲内、又は約０．９ｍｍ～約１．１ｍｍの範囲内であるか、或いは約１ｍｍである。
図面で示されている処理チャンバ１００は、その内部でサセプタアセンブリ１４０が複数の基板６０を保持できるところの、カルーセル型のチャンバである。図２で示されているように、ガス分配アセンブリ１２０は、ウエハが注入器ユニットの下方で移動する際に、各注入器１２２がウエハ上に膜を堆積させることができる、複数の分離した注入器ユニット１２２を含み得る。２つのパイ形状の注入器ユニット１２２が、サセプタアセンブリ１４０の近似的に反対側に、且つ、サセプタアセンブリ１４０の上方に配置されるように示されている。注入器ユニット１２２のこの数は、例示目的でのみ示されている。より多くの又はより少ない注入器ユニット１２２が含まれ得ることは、理解されよう。ある実施形態では、サセプタアセンブリ１４０の形状に適合する形状を形成するのに十分な数のパイ形状の注入器ユニット１２２が存在する。ある実施形態では、個別のパイ形状の注入器ユニット１２２の各々が、独立して、他の注入器ニット１２２の何れかに影響を与えることなく、移動され、取り外され、且つ／又は交換され得る。例えば、基板６０の積み込み／積み出しのために、サセプタアセンブリ１４０とガス分配アセンブリ１２０との間の領域にロボットがアクセスできるように、１つのセグメントが上昇し得る。
複数のウエハが同じ処理の流れを経験するように、複数のウエハを同時に処理するために複数のガス注入器を有する処理チャンバが使用され得る。例えば、図３で示されるように、処理チャンバ１００は、４つのガス注入器アセンブリ及び４つの基板６０を有する。処理開始時に、基板６０は、注入器アセンブリ３０の間に配置され得る。サセプタアセンブリ１４０を４５度だけ回転させること（１７）により、ガス分配アセンブリ１２０の間にある各基板６０が、膜堆積のために、（ガス分配アセンブリ１２０の下方の点線円で示されているように）ガス分配アセンブリ１２０の方へ移動する。更に４５度だけ回転させると、基板６０は、注入器アセンブリ３０から離れるように移動する。基板６０とガス分配アセンブリ１２０の数は、同一であるか又は異なっていてもよい。ある実施形態では、処理されるウエハの数が、ガス分配アセンブリの数と同じである。１以上の実施形態では、処理されるウエハの数が、ガス分配アセンブリの数より少ない数又は整数倍となる。例えば、４つのガス分配アセンブリが存在するならば、処理されるウエハの数は４ｘとなる。ここで、ｘは１以上の整数値である。例示的な一実施形態では、ガス分配アセンブリ１２０が、ガスカーテンによって分離された８つの処理領域を含み、サセプタアセンブリ１４０が６つのウエハを保持し得る。
図３で示されている処理チャンバ１００は、単に１つの可能な構成を表すものであり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではない。ここで、処理チャンバ１００は、複数のガス分配アセンブリ１２０を含む。示されている実施形態では、処理チャンバ１００の周りに均等に間隔を空けられた４つのガス分配アセンブリ（注入器アセンブリ３０とも呼ばれる）が存在する。示されている処理チャンバ１００は八角形であるが、これは１つの可能な形状であり、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことが、当業者には理解されよう。示されているガス分配アセンブリ１２０は、台形であるが、図２で示されているものなどの、複数のパイ形状のセグメントから作り上げられた単一の円形構成要素であってもよい。
図３で示されている実施形態は、ロードロックチャンバ１８０、又は緩衝ステーションのような補助チャンバを含む。このチャンバ１８０は、処理チャンバ１００の側部に連結され、例えば、（基板６０とも称される）基板が、チャンバ１００に積み込まれ／チャンバ１００から積み出されることを可能にする。ウエハロボットが、チャンバ１８０内に配置され、基板をサセプタの上へ移動させ得る。
カルーセル（例えば、サセプタアセンブリ１４０）の回転は、連続的であっても又は間欠的（不連続的）であってもよい。連続処理では、ウエハが順番に注入器の各々に晒されるように、ウエハは常に回転している。不連続処理では、ウエハを注入器の領域へと移動させてから停止させ、次いで、注入器間の領域８４へと移動させてから停止させることができる。例えば、カルーセルは、ウエハが、注入器間領域から注入器を横断して移動し（又は注入器に隣接して停止し）、そして次の注入器間領域へと移動し、そこでカルーセルが再度休止し得るように、回転し得る。注入器間で休止することにより、各層の堆積の間に追加の処理ステップ（例えば、プラズマへの曝露）のための時間を付与することができる。
図４は、注入器ユニット１２２と称され得る、ガス分配アセンブリ２２０の１つの区域又は一部分を示している。注入器ユニット１２２は、個別に、又は他の注入器ユニットと組み合わせて使用され得る。例えば、図５で示されるように、単一のガス分配アセンブリ２２０を形成するために、図４の注入器ユニット１２２が４つ組み合わされる。（４つの注入器ユニットを区切る線は明確に図示されていない。）図４の注入器ユニット１２２は、パージガスポート１５５と真空ポート１４５に加えて、第１の反応性ガスポート１２５と第２の反応性ガスポート１３５の両方を有しているが、注入器ユニット１２２は、これらの構成要素の全てを必要とするわけではない。
図４と図５の両方を参照すると、１以上の実施形態によるガス分配アセンブリ２２０は、各区域が全く同一であるか又は異なっている、複数の区域（又は注入器ユニット１２２）を備えてよい。ガス分配アセンブリ２２０は、処理チャンバ内に配置され、ガス分配アセンブリ２２０の前面１２１内に複数の細長いガスポート１２５、１３５、１４５を備える。複数の細長いガスポート１２５、１３５、１４５、１５５は、ガス分配アセンブリ２２０の内側周縁端部１２３に隣接した領域から外側周縁端部１２４に隣接した領域に向けて延在する。示されている複数のガスポートは、第１の反応性ガスポート１２５、第２の反応性ガスポート１３５、第１の反応性ガスポートと第２の反応性ガスポートの各々を取り囲む真空ポート１４５、及びパージガスポート１５５を含む。
図４又は図５で示されている実施形態を参照すると、ポートは少なくとも内側周縁領域の辺りから少なくとも外側周縁領域の辺りまで延在する、と述べる時、ポートは、単に内側領域から外側領域まで径方向に延在するだけではない。ポートは、真空ポート１４５が反応性ガスポート１２５と反応性ガスポート１３５を取り囲むように、接線方向に延在し得る。図４及び図５で示されている実施形態において、楔形反応性ガスポート１２５、１３５は、真空ポート１４５によって、内側周縁領域と外側周縁領域に隣接する端部を含む全ての端部が取り囲まれている。
図４を参照すると、基板が経路１２７に沿って移動する際に、基板表面の各部分は、様々な反応性ガスに晒される。経路１２７を辿ると、基板は、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第１の反応性ガスポート１２５、真空ポート１４５、パージガスポート１５５、真空ポート１４５、第２の反応性ガスポート１３５、そして、真空ポート１４５に晒され、又はそれらに「遭遇する（see）」こととなる。したがって、図４で示されている経路１２７の終端時には、基板が、第１反応性ガス及び第２反応性ガスに晒されて、層を形成している。示されている注入器ユニット１２２は四分円となっているが、より大きい又はより小さいものである可能性もある。図５で示されているガス分配アセンブリ２２０は、連続的に連結された、４つの図４の注入器ユニット１２２の組み合わせと見なされ得る。
図４の注入器ユニット１２２は、複数の反応性ガスを分離するガスカーテン１５０を示している。「ガスカーテン（gas curtain）」という用語は、反応性ガスを混合しないように分離させるガス流又は真空の任意の組み合わせを説明するために使用される。図４で示されているガスカーテン１５０は、真空ポート１４５の第１反応性ガスポート１２５に隣り合った部分、中間のパージガスポート１５５、及び真空ポート１４５の第２の反応ガスポート１３５に隣り合った部分を含む。ガス流と真空とのこの組み合わせは、第１の反応性ガスと第２の反応性ガスとの気相反応を防止又は最小化するために使用され得る。
図５を参照すると、ガス分配アセンブリ２２０からのガス流と真空との組み合わせは、複数の処理領域２５０への分離を形成する。複数の処理領域は、２５０の間のガスカーテン１５０により、個々の反応性ガスポート１２５、１３５の周りに大まかに画定される。図５で示されている実施形態は、８つの分離したガスカーテン１５０をそれらの間に備えた、８つの分離した処理領域２５０を構成している。処理チャンバは、少なくとも２つの処理領域を有し得る。ある実施形態では、少なくとも３つ、４つ、５つ、６つ、７つ、８つ、９つ、１０、１１、又は１２の処理領域が存在する。
基板は、処理中に、どの時点においても、２以上の処理領域２５０に晒され得る。しかし、異なる処理領域に晒される部分は、その２つを分離するガスカーテンを有することになる。例えば、基板の前縁が第２の反応性ガスポート１３５を含む処理領域に入るならば、基板の中央部はガスカーテン１５０の下にあり、且つ、基板の後縁は第１の反応性ガスポート１２５を含む処理領域内にあることになる。
処理チャンバ１００に連結された、例えば、ロードロックチャンバであり得る、ファクトリインターフェース２８０が示されている。参照フレームを提供するために、基板６０は、ガス分配アセンブリ２２０の上に重ね合わされて示されている。基板６０は、しばしば、サセプタアセンブリ上に置かれて、ガス分配アセンブリ２２０の前部表面１２１の近くに保持され得る。基板６０は、ファクトリインターフェース２８０を介して、処理チャンバ１００内の基板支持体又はサセプタアセンブリ上に積み込まれる（図３参照）。処理領域内に配置された基板６０が示され得る。何故ならば、その基板は、第１の反応性ガスポート１２５に隣接し、且つ、２つのガスカーテン１５０ａ、１５０ｂの間に配置されているからである。基板６０を経路１２７に沿って回転させることにより、基板は、処理チャンバ１００を回るように反時計回りに移動することとなる。したがって、基板６０は、８番目の処理領域２５０ｈを通って、第１の処理領域２５０ａに晒されることとなるが、その間に全ての処理領域が含まれている。
したがって、本開示の実施形態は、各処理領域がガスカーテン１５０によって隣接する領域から分離されている、複数の処理領域２５０ａ～２５０ｈを有する、処理チャンバ１００を備えた処理方法を対象とする。例えば、図５で示されている処理チャンバがそうである。処理チャンバ内のガスカーテンと処理領域の数は、ガス流の配置に応じて任意の適切な数であり得る。図５で示されている実施形態は、８つのガスカーテン１５０と８つの処理領域２５０ａ～２５０ｈとを有する。ガスカーテンの数は、概して、処理領域の数と等しいか又はそれよりも多い。
複数の基板６０は、基板支持体、例えば、図１及び図２で示されたサセプタアセンブリ１４０上に配置される。複数の基板６０は、処理のために処理領域の周りで回転する。概して、ガスカーテン１５０は、反応性ガスがチャンバの中へ流れていない期間を含む処理の全体を通して、使用されている（ガスが流れ、真空が機能している）。
第１の反応性ガスＡが、処理領域２５０の１以上の中へ流され、一方、不活性ガスが、その中へ流れている第１の反応性ガスＡを有しない、任意の処理領域２５０の中へ流される。例えば、処理領域２５０ｂから処理領域２５０ｈの中へ第１の反応性ガスが流れているならば、不活性ガスは、処理領域２５０ａの中へ流れ得る。不活性ガスは、第１の反応性ガスポート１２５又は第２の反応性ガスポート１３５を通って流され得る。
処理領域内の不活性ガスの流量は、一定であるか又は変動し得る。ある実施形態では、反応性ガスが不活性ガスと共に流される。不活性ガスは、搬送ガス及び希釈剤として作用する。反応性ガスの量が、搬送ガスに対して少ないので、共に流すことは、隣接する領域の間の圧力における差異を低減させることによって、処理領域の間のガス圧をバランスさせることを、より容易にし得る。
サセプタアセンブリの本体は、管状のヒータを含み得る。管状のヒータは、十分な熱を供給し、摂氏５００度から摂氏６００度までの温度で動作するように制御する。しかし、これらの種類のヒータは、より高い温度をサポートすることができない。
本開示のある実施形態は、高温の加熱要素を対象とする。ある実施形態は、有利なことに、サセプタの下方において支持構造体及びリフレクタを有する要素を提供する。支持構造体を含むある実施形態には、有利なことに梁構造体によって支持され得るキャリッジが装備される。ヒータの材料は、加熱及び冷却の間に実質的な熱変形を経験する。ある実施形態のキャリッジは、有利なことに、ヒータの変位を受け入れヒータのコイルの間隔を維持して電気的な短絡を避けるために、位置を変更する。
ある実施形態は、隣接するコイル間の予想可能で低減されたデルタポテンシャルを可能にする、螺旋形状において設計されたヒータを提供する。有利なことに、動作圧力の全範囲を通してヒータのコイル間のアーク放電がほとんど又は全く生じないように、コイルの間隔が設計される。
図６は、本開示の１以上の実施形態による、ヒータアセンブリ６００を示している。ヒータアセンブリ６００は、概して、中心軸６０２を有する円筒本体６０１を有する。示されているヒータアセンブリ６００は、側壁６０７によって囲まれた表面６０３を有する。側壁６０７内の領域は、ヒータアセンブリ６００の内装６１０と称される。
ある実施形態のヒータアセンブリ６００は、内装６１０の範囲内に軸から離れる方向に間隔を空けられた複数の加熱要素６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃを含む。複数の加熱要素は、軸から離れる方向に間隔を空けられた加熱区域６３０、６３２、６３４を形成する。図６で示されている実施形態は、３つの加熱区域６３０、６３２、６３４を形成する、３つの加熱要素６２０を含む。加熱区域は、内側加熱要素６２０ａ、中間加熱要素６２０ｂ、及び外側加熱要素６２０ｃによって画定されている。
内側加熱要素６２０ａは、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２の近くに配置されている。内側加熱要素６２０ａは、中心軸６０２を囲む螺旋形状として示されている。示されている内側加熱要素６２０ａは、中心軸６０２の周りに２つのサイクルを作っている。内側加熱要素６２０ａは、内側端６２１ａから外側端６２２ａへ延在する。加熱要素に沿った内側端６２１ａと外側端６２２ａとの間の距離は、加熱要素の長さを規定する。螺旋形状の各コイルは、隣接するコイル間のアーク放電を妨げるのに十分な距離だけ、隣接するコイルから間隔を空けられている。
内側加熱要素６２０ａは、第１の数のコイルを有する。中心軸６０２の周りで内側加熱要素６２０ａが作るサイクル又はコイルの数は、例えば、ヒータアセンブリ６００のサイズ、コイルの間隔、要素に印加される電力、及び加熱要素を作り上げている材料に応じて、１つの完全なサイクル未満から任意の数のサイクルまで変動し得る。より大きいヒータアセンブリ６００は、より小さいヒータアセンブリ６００よりも多いサイクルを有する内側加熱要素６２０ａを有し得る。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａが、中心軸６０２の周りで、約０．５から約１５までの範囲内のサイクル、又は約１から約１０までの範囲内のサイクル、又は約２から約６までの範囲内のサイクルを備える。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａが、中心軸６０２の周りで、約１５、１４、１３、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、又は３回以下のサイクルを有する。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａが、少なくとも約３つのコイルを備える。
内側加熱要素６２０ａは、中心軸６０２から、最大で、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と側壁６０７との間隔の約５０％までの距離だけ延在し得る。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａが、ほぼ中心軸６０２から、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と内壁６０７との間隔の約４０％、３５％、３３％、２５％、又は２０％以下の距離だけ延在する内側加熱区域６３０を形成する。中心軸６０２と側壁６０７との間の距離は、概して、５００ｍｍより大きい直径を有するサセプタのために熱を供給するのに十分な大きさを有する。ある実施形態では、中心軸６０２と側壁６０７との間の距離が、約３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、６００ｍｍ、７００ｍｍ、８００ｍｍ、又は９００ｍｍよりも大きい。
内側加熱要素６２０ａの個別のコイルの間隔は、変動する場合がある。ある実施形態では、各リングの隣接ポイントの間の電磁場の密度が、リング間のアーク放電を妨げるのに十分な低さを有するように、コイルが間隔を空けられている。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａのコイルが、約１ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲内、又は約２ｍｍから約９ｍｍまでの範囲内、又は約３ｍｍから約８ｍｍまでの範囲内、又は約４ｍｍから約７ｍｍまでの範囲内、又は約５ｍｍの間隔を空けられている。
内側端６２１ａから外側端６２２ａまでの内側加熱要素６２０ａの長さは、例えば、ヒータアセンブリ６００のサイズ、内側加熱区域６３０のサイズ、及びコイルの間隔に応じて変動し得る。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａが、約１ｍから約５ｍまでの範囲内、又は約２ｍから約４ｍまでの範囲内、又は約３ｍの長さを有する。
中間加熱要素６２０ｂは、内側加熱要素６２０ａよりも、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２から更に離れて配置されている。「中間」という用語の使用は、本開示の範囲を３つの加熱要素に限定するものとみなされるべきではない。図面内で加熱要素を説明するために使用されている「内側」、「中間」、及び「外側」という用語は、示されている異なる要素を特定するためにのみ使用されており、３つの加熱要素に限定されない。他の加熱要素や他の加熱区域も含まれ得ることが、当業者によって理解されよう。
中間加熱要素６２０ｂは、中心軸６０２と内側加熱要素６２０ａを囲む螺旋形状として示されている。内側加熱要素６２０ａと中間加熱要素６２０ｂとの間隔は、加熱アセンブリの半径に沿って測定された場合に、間隔がない状態から約１メートルまでの加熱要素どうしの間隔で変動し得る。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂが、約１０ｍｍから約１ｍまでの範囲内、又は約２０ｍｍから約５００ｍｍまでの範囲内、又は約３０ｍｍから約４００ｍｍまでの範囲内、又は約４０ｍｍから約３００ｍｍまでの範囲内、又は約５０ｍｍから約２００ｍｍまでの範囲内、又は約６０ｍｍから約１５０ｍｍまでの範囲内、又は約７０ｍｍから約１００ｍｍまでの範囲内にある距離だけ、内側加熱要素６２０ａから間隔を空けられている。
示されている中間加熱要素６２０ｂは、中心軸６０２の周りに２つのサイクルを作っている。中間加熱要素６２０ｂは、内側端６２１ｂから外側端６２２ｂへ延在する。加熱要素に沿った内側端６２１ｂと外側端６２２ｂとの間の距離は、中間加熱要素６２０ｂの長さを規定する。螺旋形状の各コイルは、隣接するコイル間のアーク放電を妨げるのに十分な距離だけ、隣接するコイルから間隔を空けられている。
中間加熱要素６２０ｂは、第２の数のコイルを備える。コイルの第２の数は、内側加熱要素６２０ａのコイルの第１の数と同じであるか又は異なり得る。中心軸６０２の周りで中間加熱要素６２０ｂが作るサイクル又はコイルの数は、例えば、ヒータアセンブリ６００のサイズ、コイルの間隔、要素に印加される電力、及び加熱要素を作り上げている材料に応じて、１つの完全なサイクル未満から任意の数のサイクルまで変動し得る。より大きいヒータアセンブリ６００は、より小さいヒータアセンブリ６００よりも多いサイクルを有する中間加熱要素６２０ｂを有し得る。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂが、中心軸６０２の周りで、約０．５から約１５までの範囲内のサイクル、又は約１から約１０までの範囲内のサイクル、又は約２から約６までの範囲内のサイクルを備える。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂが、中心軸６０２の周りで、約１５、１４、１３、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、又は３回以下のサイクルを有する。ある実施形態では、コイルの第２の数が、約３以上である。
中間加熱要素６２０ｂは、中心軸６０２から、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と側壁６０７との間隔の約２５％から約７５％までの範囲内の距離だけ延在し得る。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂが、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と内壁６０７との間の距離の約２０％、２５％、３０％、３５％、又は４０％以上である中心軸６０２からの最小距離から延在する中間加熱区域６３２を形成する。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂが、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と内壁６０７との間の距離の約６０％、６５％、７０％、７５％、又は８０％以上である中心軸６０２からの最大距離まで延在する内側加熱区域６３２を形成する。
中間加熱要素６２０ｂの個別のコイルの間隔は、変動する場合がある。ある実施形態では、各リングの隣接ポイントの間の電磁場の密度が、リング間のアーク放電を妨げるのに十分な低さを有するように、コイルが間隔を空けられている。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂのコイルが、約１ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲内、又は約２ｍｍから約９ｍｍまでの範囲内、又は約３ｍｍから約８ｍｍまでの範囲内、又は約４ｍｍから約７ｍｍまでの範囲内、又は約５ｍｍの間隔を空けられている。
内側端６２１ｂから外側端６２２ｂまでの中間加熱要素６２０ｂの長さは、例えば、ヒータアセンブリ６００のサイズ、中間加熱区域６３２のサイズ、及びコイルの間隔に応じて変動し得る。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂが、約１ｍから約１０ｍまでの範囲内、又は約２ｍから約９ｍまでの範囲内、又は約３ｍから約８ｍまでの範囲内、又は約４ｍから約７ｍまでの範囲内の長さを有する。
外側加熱要素６２０ｃは、内側加熱要素６２０ａと中間加熱要素６２０ｂよりも、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２から更に離れて配置されている。「外側」という用語の使用は、本開示の範囲を２つ又は３つの加熱要素に限定するものとみなされるべきではない。図面内で加熱要素を説明するために使用されている「内側」、「中間」、及び「外側」という用語は、示されている異なる要素を特定するためにのみ使用されている。
外側加熱要素６２０ｃは、中心軸６０２、内側加熱要素６２０ａ、中間加熱要素６２０ｂを囲む螺旋形状として示されている。中間加熱要素６２０ｂと外側加熱要素６２０ｃとの間隔は、加熱アセンブリの半径に沿って測定された場合に、間隔がない状態から約１メートルまでの加熱要素どうしの間隔で変動し得る。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃが、約１０ｍｍから約１ｍまでの範囲内、又は約２０ｍｍから約５００ｍｍまでの範囲内、又は約３０ｍｍから約４００ｍｍまでの範囲内、又は約４０ｍｍから約３００ｍｍまでの範囲内、又は約５０ｍｍから約２００ｍｍまでの範囲内、又は約６０ｍｍから約１５０ｍｍまでの範囲内、又は約７０ｍｍから約１００ｍｍまでの範囲内にある距離だけ、中間加熱要素６２０ｂから間隔を空けられている。
示されている外側加熱要素６２０ｃは、中心軸６０２の周りに２つのサイクルを作っている。外側加熱要素６２０ｃは、内側端６２１ｃから外側端６２２ｃへ延在する。加熱要素に沿った内側端６２１ｃと外側端６２２ｃとの間の距離は、外側加熱要素６２０ｃの長さを規定する。螺旋形状の各コイルは、隣接するコイル間のアーク放電を妨げるのに十分な距離だけ、隣接するコイルから間隔を空けられている。
外側加熱要素６２０ｃは、第３の数のコイルを備える。コイルの第３の数は、内側加熱要素６２０ａのコイルの第１の数及び／又は中間加熱要素６２０ｂのコイルの第２の数と同じであるか又は異なり得る。中心軸６０２の周りで外側加熱要素６２０ｃが作るサイクル又はコイルの数は、例えば、ヒータアセンブリ６００のサイズ、コイルの間隔、要素に印加される電力、及び加熱要素を作り上げている材料に応じて、１つの完全なサイクル未満から任意の数のサイクルまで変動し得る。より大きいヒータアセンブリ６００は、より小さいヒータアセンブリ６００よりも多いサイクルを有する外側加熱要素６２０ｃを有し得る。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃが、中心軸６０２の周りで、約０．５から約２０までの範囲内のサイクル、又は約１から約１５までの範囲内のサイクル、又は約２から約１０までの範囲内のサイクル、又は約４から約９までの範囲内のサイクルを備える。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃが、中心軸６０２の周りで、約２０、１９、１８、１７、１６、１５、１４、１３、１２、１１、１０、９、８、７、６、５、４、又は３回以下のサイクルを有する。ある実施形態では、コイルの第３の数が、約３以上である。ある実施形態では、コイルの第３の数が、コイルの第１の数及び／又はコイルの第２の数以上である。
外側加熱要素６２０ｃは、中心軸６０２から、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と側壁６０７との間隔の約５０％から約１００％までの範囲内の距離だけ延在し得る。ここで、１００％は、側壁６０７の位置である。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃが、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と内壁６０７との間の距離の約５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、又は８５％以上である中心軸６０２からの最小距離から延在する外側加熱区域６３４を形成する。ここで、１００％は側壁６０７の位置である。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃが、ヒータアセンブリ６００の中心軸６０２と内壁６０７との間の距離の約１００％、９５％、９０％、８５％、又は８０％以下である中心軸６０２からの最大距離まで延在する外側加熱区域６３４を形成する。
外側加熱要素６２０ｃの個別のコイルの間隔は、変動する場合がある。ある実施形態では、各リングの隣接ポイントの間の電磁場の密度が、リング間のアーク放電を妨げるのに十分な低さを有するように、コイルが間隔を空けられている。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃのコイルが、約１ｍｍから約１０ｍｍまでの範囲内、又は約２ｍｍから約９ｍｍまでの範囲内、又は約３ｍｍから約８ｍｍまでの範囲内、又は約４ｍｍから約７ｍｍまでの範囲内、又は約５ｍｍの間隔を空けられている。
内側端６２１ｃから外側端６２２ｃまでの外側加熱要素６２０ｃの長さは、例えば、ヒータアセンブリ６００のサイズ、外側加熱区域６３４のサイズ、及びコイルの間隔に応じて変動し得る。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃが、約１ｍから約１５ｍまでの範囲内、又は約２ｍから約１４ｍまでの範囲内、又は約３ｍから約１３ｍまでの範囲内、又は約４ｍから約１２ｍまでの範囲内の長さを有する。
１以上の実施形態では、図６で示されているように、複数の加熱要素が、中心軸６０２から第１の距離だけ間隔を空けられた内側加熱区域６３０を形成する。中間加熱区域６３２は、中心軸６０２から第１の距離よりも大きい第２の距離だけ間隔を空けられている。外側加熱区域６３４は、中心軸６０２から第２の距離よりも大きい第３の距離だけ間隔を空けられている。加熱区域の間隔と加熱区域のサイズは、例えば、加熱要素、ヒータハウジング、及びヒータがそれと共に使用されるところのサセプタアセンブリの構築のために使用される材料に応じることとなる。
加熱要素は、グラファイトを含む任意の適切な材料から作られ得るが、それに限定されるものではない。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａ、中間加熱要素６２０ｂ、及び外側加熱要素６２０ｃが、グラファイトを含む。様々な加熱要素のために使用されるグラファイトは、同じグレードであってもよく又は異なるグレードであってもよい。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃのために使用されるグラファイトが、内側加熱要素６２０ａ及び／又は中間加熱要素６２０ｂのために使用されるグラファイトよりも高い熱膨張率（ＣＴＥ）を有する。より高いＣＴＥを有するグラファイトは、より低いＣＴＥを有するグラファイトよりも、温度増加を伴った大きい量の膨張を有することとなる。より高い膨張は、加熱要素のグラファイトの剥離をもたらし得る。ある実施形態では、様々な加熱要素のために使用されるグラファイトが、同じ抵抗及び／又は粒径を有する。ある実施形態では、内側加熱要素のために使用されるグラファイトが、外側加熱要素のために使用されるグラファイトよりも高い抵抗を有する。ある実施形態では、最も長い加熱要素のために使用されるグラファイトが、最も短い加熱要素のために使用されるグラファイトよりも低い抵抗を有する。
ある実施形態では、加熱要素の１以上が、ヒータアセンブリ６００の円筒本体６０１の表面６０３内に形成されたチャネル内に配置されている。図７は、内側加熱要素６２０ａが、円筒本体６０１の表面６０３内の内側チャネル６４０ａの範囲内に配置された、本開示の実施形態を示している。内側チャネル６４０ａは、幅Ｗａと深さＤａを有する。ある実施形態では、内側チャネル６４０ａが、内側加熱要素６２０ａの形状に適合した形状を有する。それによって、内側加熱要素６２０ａの長さが、内側チャネル６４０ａの範囲内にある。
内側チャネル６４０ａの幅Ｗａは、内側加熱要素６２０ａの幅Ｗ１と同じであり得る。ある実施形態では、内側チャネル６４０ａの範囲内での内側加熱要素６２０ａの膨張及び／又は収縮を可能にするように、内側チャネル６４０ａの幅Ｗａが、内側加熱要素６２０ａの幅Ｗ１よりも広い。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａの幅Ｗ１が、内側チャネル６４０ａの幅Ｗａの約１０％から約９０％までの範囲内にある。様々な実施形態では、内側加熱要素６２０ａの幅Ｗ１が、内側チャネル６４０ａの幅Ｗａの約２０％から約８０％まで、又は約３０％から約７０％まで、又は約４０％から約６０％までの範囲内にある。
内側チャネル６４０ａの深さＤａは、内側加熱要素６２０ａの高さＨ１と同じであり得る。ある実施形態では、内側チャネル６４０ａが、内側加熱要素６２０ａの高さＨ１よりも大きい深さＤａを有する。それによって、内側チャネル６４０ａの壁６４１ａが、内側加熱要素６２０ａの上端６２３ａの上方へ延在する。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａの高さＨ１が、内側チャネル６４０ａの幅Ｄａの約１０％から約５０％までの範囲内にある。様々な実施形態では、内側加熱要素６２０ａの高さＨ１が、内側チャネル６４０ａの深さＤａの約１０％よりも大きく、内側チャネル６４０ａの深さＤａの約９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、又は３０％以下である。
ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂが、円筒本体６０１の表面６０３内の中間チャネル６４０ｂの範囲内に配置されている。中間チャネル６４０ｂは、幅Ｗｂと深さＤｂを有する。ある実施形態では、中間チャネル６４０ｂが、中間加熱要素６２０ｂの形状に適合した形状を有する。それによって、中間加熱要素６２０ｂの長さが、中間チャネル６４０ｂの範囲内にある。
中間チャネル６４０ｂの幅Ｗｂは、中間加熱要素６２０ｂの幅Ｗ２と同じであり得る。ある実施形態では、中間チャネル６４０ｂの範囲内での中間加熱要素６２０ｂの膨張及び／又は収縮を可能にするように、中間チャネル６４０ｂの幅Ｗｂが、中間加熱要素６２０ｂの幅Ｗ２よりも広い。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂの幅Ｗ２が、中間チャネル６４０ｂの幅Ｗｂの約１０％から約９０％までの範囲内にある。様々な実施形態では、中間加熱要素６２０ｂの幅Ｗ２が、中間チャネル６４０ｂの幅Ｗｂの約２０％から約８０％まで、又は約３０％から約７０％まで、又は約４０％から約６０％までの範囲内にある。
中間チャネル６４０ｂの深さＤｂは、中間加熱要素６２０ｂの高さＨ２と同じであり得る。ある実施形態では、中間チャネル６４０ｂが、中間加熱要素６２０ｂの高さＨ２よりも大きい深さＤｂを有する。それによって、中間チャネル６４０ｂの壁６４１ｂが、中間加熱要素６２０ｂの上端６２３ｂの上方へ延在する。ある実施形態では、中間加熱要素６２０ｂの高さＨ２が、中間チャネル６４０ｂの深さＤｂの約１０％から約５０％までの範囲内にある。様々な実施形態では、中間加熱要素６２０ｂの高さＨ２が、中間チャネル６４０ｂの深さＤｂの約１０％よりも大きく、中間チャネル６４０ｂの深さＤｂの約１００％、９０％、８０％、７０％、６０％、５０％、４０％、又は３０％以下である。
ある実施形態では、中間チャネル６４０ｂの深さＤｂが、内側チャネル６４０ａの深さＤａ未満であるか又は内側チャネル６４０ａの深さＤａとほぼ等しい。１以上の実施形態では、中間チャネル６４０ｂの深さＤｂが、内側チャネル６４０ａの深さＤａ未満であるか又は内側チャネル６４０ａの深さＤａとほぼ等しく、内側加熱要素６２０ａの高さＨ１が、中間加熱要素６２０ｂの高さＨ２とほぼ同じである。
ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃが、円筒本体６０１の表面６０３内の外側チャネル６４０ｃの範囲内に配置されている。外側チャネル６４０ｃは、幅Ｗｃと深さＤｃを有する。ある実施形態では、外側チャネル６４０ｃが、外側加熱要素６２０ｃの形状に適合した形状を有する。それによって、外側加熱要素６２０ｃの長さが、外側チャネル６４０ｃの範囲内にある。
外側チャネル６４０ｃの幅Ｗｃは、外側加熱要素６２０ｃの幅Ｗ３と同じであり得る。ある実施形態では、外側チャネル６４０ｃの範囲内での外側加熱要素６２０ｃの膨張及び／又は収縮を可能にするように、外側チャネル６４０ｃの幅Ｗｃが、外側加熱要素６２０ｃの幅Ｗ３よりも広い。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃの幅Ｗ３が、外側チャネル６４０ｃの幅Ｗｃの約１０％から約９０％までの範囲内にある。様々な実施形態では、外側加熱要素６２０ｃの幅Ｗ３が、外側チャネル６４０ｃの幅Ｗｃの約２０％から約８０％まで、又は約３０％から約７０％まで、又は約４０％から約６０％までの範囲内にある。
外側チャネル６４０ｃの深さＤｃは、外側加熱要素６２０ｃの高さＨ３と同じであり得る。ある実施形態では、外側チャネル６４０ｃが、外側加熱要素６２０ｃの高さＨ３よりも大きい深さＤｃを有する。それによって、外側チャネル６４０ｃの壁６４１ｃが、外側加熱要素６２０ｃの上端６２３ｃの上方へ延在する。ある実施形態では、外側加熱要素６２０ｃの高さＨ３が、外側チャネル６４０ｃの深さＤｃの約５０％から約１００％までの範囲内にある。様々な実施形態では、外側加熱要素６２０ｃの高さＨ３が、外側チャネル６４０ｃの深さＤｃの約７０％よりも大きく、外側チャネル６４０ｃの深さＤｃの約１１０％、１０５％、１００％、９５％、又は９０％以下である。
ある実施形態では、外側チャネル６４０ｃの深さＤｃが、中間チャネル６４０ｂの深さＤｂ及び内側チャネル６４０ａの深さＤａ未満であるか又は中間チャネル６４０ｂの深さＤｂ及び内側チャネル６４０ａの深さＤａとほぼ等しい。１以上の実施形態では、外側チャネル６４０ｃの深さＤｃが、中間チャネル６４０ｂの深さＤｂ未満であり又は中間チャネル６４０ｂの深さＤｂとほぼ等しく、中間加熱要素６２０ｂの高さＨ２が、外側加熱要素６２０ｃの高さＨ３とほぼ同じである。ある実施形態では、外側チャネル６４０ｃが、外側加熱要素６２０ｃの高さＨ３と実質的に同じ深さＤｃを有する。それによって、外側加熱要素６２０ｃの上端６２３ｃが、円筒本体６０１の表面６０３と実質的に面一である。これに関して使用される際に、「実質的に面一」という用語は、加熱要素の上端が、円筒本体の表面から約０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、又は０．５ｍｍの範囲内にあることを意味する。
チャネル６４０の壁６４１は、円筒本体６０１の表面６０３と実質的に垂直であり得る。これに関して使用される際に、「実質的に垂直」という用語は、表面６０３と壁６４１によって作られた角度が、約８５度から約９５度の範囲内にあることを意味する。図８を参照すると、ある実施形態では、チャネル６４０の壁６４１が、表面６０３と約９５度よりも大きい角度６４５を形成するように傾いている。ある実施形態では、角度６４５が、約１００度、１０５度、１１０度、１１５度、又は１２０度よりも大きい。１以上の実施形態では、角度６４５が、隣接するコイルの間の又は隣接する加熱要素の間のアーク放電の可能性を最小化するために、加熱要素６２０によって生成された電場６２８ａと６２８ｂの著しい重なりを妨げるのに十分低い。ある実施形態では、加熱要素のうちの少なくとも１つの壁が、表面６０３に対して実質的に垂直であり、加熱要素のうちの少なくとも１つの壁が、約１１０度以上の角度６４５を形成する。
図９を参照すると、本開示のある実施形態は、内側端６８１、外側端６８２、上端６８３、第１の側部６８４、及び第２の側部６８５を有する、キャリッジ６８０を含む。キャリッジ６８０は、複数のカットアウト６８８を含む。各カットアウトは、加熱要素６２０を支持するようにサイズ決定されている。図９で示されている実施形態は、各々が外側加熱要素６２０ｃのコイルを支持するようにサイズ決定された３つのカットアウト６８８を含む。
キャリッジ６８０は、内側位置６９１と外側位置６９２との間でレール６９０に沿って移動するように構成され得る。内側位置６９１は、側壁６０７により近い外側位置６９２よりも中心軸６０２に近い。キャリッジ６８０は、カットアウト６８８内で支持された加熱要素の膨張及び／又は収縮の結果として、内側位置６９１から外側位置６９２へ移動し、その逆もある。
図９のレール６９０は、円筒本体６０１の表面６０３に取り付けられたトラックとして示されている。キャリッジ６８０の底部内の溝６８６は、レール６９０と協働的に相互作用して、加熱要素６２０の膨張及び収縮の間にレール６９０に沿って動く。図９で示されている構成は、単に例示的な一実施形態を表したものである。ある実施形態では、キャリッジ６８０が、本体の表面内の溝の範囲内で動く底部上の突起部を有する。キャリッジが加熱要素を支持し加熱要素の膨張／収縮によって移動することを可能にする、構成要素の他のアレンジメントが存在することを、当業者は理解するだろう。ある実施形態では、各加熱要素がキャリッジ内で支持されている。ある実施形態では、加熱要素のうちの少なくとも１つがキャリッジ内にあり、加熱要素のうちの少なくとも１つがキャリッジ内にない。
キャリッジ６８０は、加熱要素を本体から電気的に絶縁する任意の適切な材料から作られ得る。適切な材料は、石英、セラミック（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、及び／又はセラミック繊維絶縁材料（例えば、多孔性セラミック）を含むが、それらに限定されるものではない。
ヒータアセンブリ６００は、処理チャンバの範囲内で静止したままであり得る。一方で、処理チャンバの他の構成要素は回転し得る。例えば、ある実施形態では、サセプタアセンブリが支持ポスト１６０の軸の周りで回転する間に、ヒータアセンブリ６００は静止している。この種の実施形態では、ヒータアセンブリ６００が、サセプタアセンブリに連結されることなしに、サセプタアセンブリの底部に隣接して配置され得る。ある実施形態では、図１０で示されているように、ヒータアセンブリ６００が、サセプタアセンブリ１４０に一体化された構成要素である。ある実施形態では、内側加熱要素６２０ａが、支持ポスト１６０の回転軸の近くでサセプタアセンブリ１４０の内側領域の近くにヒータ緩衝領域を生成する。回転軸は、サセプタアセンブリのための回転の中心であり、その周りでサセプタアセンブリ１４０が回転するところの支持ポスト１６０の位置に基づいて決定され得る。この種の実施形態では、ヒータアセンブリ６００が、サセプタアセンブリと共に回転し、又は支持ポスト１６０に連結されない固定された構成要素であり得る。したがって、後者の場合では、支持ポストの回転が、ヒータアセンブリを回転させない。
内側加熱要素６２０ａは、基板６０に隣接して配置され得る。それによって、基板６０と内側加熱要素６２０ａの何らかの重なりが存在する。または、示されているようにウエハと加熱要素６２０ａとの間の垂直方向の重なりがないように、内側加熱要素６２０ａが配置され得る。中間加熱要素６２０ａは、基板６０に隣接して配置され得るか、又は基板６０と垂直方向に重なり得るか、又は基板６０と整列するように位置合わせされ得る。外側加熱要素６２０ｃは、ウエハの外側端部と重なり得るか、又は基板６０と垂直方向にほとんど若しくは全く重ならないかもしれない。
ある実施形態では、ヒータアセンブリ６００が、サセプタアセンブリ１４０に隣接して配置されるが、そのアセンブリに一体化した構成要素ではない。例えば、図１１は、サセプタアセンブリの底面１４３に隣接して配置されたヒータアセンブリ６００を有する、サセプタアセンブリ１４０の断面概略図を示している。
１以上の実施形態によれば、処理装置は、移送ステーションと通信する複数のチャンバを備え得る。この種の装置は、「クラスタツール」又は「クラスタシステム」などと呼ばれ得る。
概して、クラスタツールは、基板の中心測定及び配向、アニーリング、堆積、並びに／又はエッチングを含む、様々な機能を実行する複数のチャンバを備えたモジュールシステムである。１以上の実施形態によれば、クラスタツールは、少なくとも第１のチャンバと中央移送チャンバを含む。中央移送チャンバは、処理チャンバとロードロックチャンバとの間で基板を往復搬送することができる、ロボットを収容し得る。移送チャンバは、通常、真空状態に維持され、且つ、基板を、あるチャンバからクラスタツールの前端に配置された別のチャンバ及び／又はロードロックチャンバへ往復搬送するための中間段階を設ける。本開示に適合し得る２つのよく知られたクラスタツールは、両方ともサンタクララ州カリフにあるアプライドマテリアルズ社から購入可能なＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）とＥｎｄｕｒａ（登録商標）である。しかし、チャンバの正確な配置及び組み合わせは、本明細書で説明される処理の特定のステップを実行する目的で変更され得る。使用可能な他の処理チャンバは、限定されないが、周期的層堆積（ＣＬＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理的気相堆積（ＰＶＤ）、エッチング、予洗浄、化学洗浄、ＲＴＰなどの熱処理、プラズマ窒化、アニーリング、配向、ヒドロキシル化、及びその他の基板処理を含む。クラスタツール上でチャンバ内の処理を実施することにより、後続膜を堆積する前に、酸化を伴わずに、空気中の不純物による基板の表面汚染を回避することができる。
１以上の実施形態によれば、基板は、連続的に真空又は「ロードロック」状態の下にあり、１つのチャンバから次のチャンバへ移動されるときに、周囲空気に晒されない。移送チャンバは、このように真空下にあり、真空圧力下で「ポンプダウン」される。処理チャンバ又は移送チャンバ内に不活性ガスが存在し得る。ある実施形態では、反応物の一部又は全部を除去するために、パージガスとして不活性ガスが使用される。１以上の実施形態によれば、パージガスを堆積チャンバの出口で注入して、反応物質が、堆積チャンバから移送チャンバ及び／又は追加の処理チャンバへ移動することを妨げる。したがって、不活性ガスの流れが、チャンバの出口でカーテンを形成する。
基板は、単一の基板堆積チャンバの中で処理することができ、そこでは、単一の基板が積み込まれ処理され、別の基板が処理される前に積み出される。基板は、コンベヤシステムのような、連続的な方法で処理することもでき、そこでは、複数の基板が、チャンバの第１の部分の中へ個別に積み込まれ、チャンバを通って移動し、チャンバの第２の部分から積み出される。チャンバ及び関連したコンベヤシステムの形状は、直線経路又は曲線経路を形成することができる。付加的に、処理チャンバは、複数の基板が、中心軸の周りを移動し、カルーセル経路の間中、堆積、エッチング、アニーリング、洗浄、その他の処理に晒される、カルーセルであってもよい。
処理の間、基板は加熱又は冷却され得る。そのような加熱又は冷却は、限定されないが、基板支持体の温度を変化させること、及び、基板表面へ加熱された又は冷却されたガスを流すことを含む、任意の適当な手段により、達成することができる。ある実施形態では、基板支持体が、伝導的に基板温度を変化させるように制御することができるヒータ／クーラを含む。１以上の実施形態では、基板温度を局所的に変化させるため、使用するガス（反応性ガス又は不活性ガスの何れか）が加熱又は冷却される。ある実施形態では、基板温度を対流によって変化させるため、ヒータ／クーラが、チャンバ内部で基板表面に隣接するように配置される。
基板は、処理の間、静止又は回転させることもできる。回転する基板は、連続的に又は不連続なステップで、回転させることができる。例えば、基板は、処理全体を通して、回転させてもよいし、又は、基板は、様々な反応性ガス又はパージガスへの曝露の間に、少量ずつ回転させることができる。処理中に基板を（連続的に又は段階的に）回転させることにより、例えば、ガス流形状の局所的可変性の影響が最小限に抑えられ、より均一な堆積又はエッチングの生成に役立つことができる。
原子層堆積型チャンバ内で、基板は、空間的若しくは時間的に分離されたプロセスにおいて、第１及び第２の前駆体に曝露され得る。時間的ＡＬＤは、第１の前駆体がチャンバ内に流れ込んで表面と反応する、伝統的なプロセスである。第２の前駆体を流す前に、第１の前駆体はチャンバからパージされる。空間的ＡＬＤでは、第１の前駆体と第２の前駆体の両方が、同時にチャンバに流されるが、前駆体の混合を防止する領域が流れと流れの間に存在するように空間的に分離される。空間的ＡＬＤでは、基板が、ガス分配プレートに対して移動するか、又はその逆である。
１つのチャンバ内で方法の部分の１以上が実行される実施形態では、プロセスが、空間的ＡＬＤプロセスであり得る。上述の化学反応のうちの１以上は親和性（compatible）ではない（すなわち、基板表面以外での反応をもたらし、且つ／又は、チャンバに堆積する）ことがあるが、空間的分離により、試薬同士が気相で互いに曝露されないことが確実になる。例えば、時間的ＡＬＤは堆積チャンバのパージを伴う。しかし、実際には、追加試薬を流し込む前に余剰試薬をチャンバの外にパージすることが不可能な時もある。したがって、チャンバ内に残存試薬があれば、それが反応し得る。空間的分離があることで、余剰試薬がパージされる必要がなくなり、相互汚染は限定的になる。更に、チャンバをパージするのに多くの時間を要することがあり、したがって、パージ段階をなくすことによってスループットが増大し得る。
本明細書全体を通じて「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１以上の実施形態」、又は「ある実施形態」に対する言及は、実施形態と関連して説明された特定の特徴、構造、材料、又は特質が、本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれ得ることを意味する。したがって、本明細書全体を通じて様々な箇所における「１以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、又は「ある実施形態では」などの言い回しの表出は、必ずしも本開示の同じ実施形態に言及しているわけではない。更に、特定の特徴、構造、材料、又は特質は、１以上の実施形態において、任意の適切なやり方で組み合わされ得る。
本明細書の開示が、特定の実施形態を参照しながら説明されたが、これらの実施形態は本開示の原理及び用途の単なる例示であることを理解されたい。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本開示の方法及び装置に対して、様々な修正及び変形を行い得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある修正及び変形を含むことが意図されている。

Claims (8)

  1. 側壁で囲まれた円板状の本体、及び
    前記円板状の本体の上側表面上で軸から離れる方向に間隔を空けられた複数の加熱要素であって、各々が、軸から離れる方向に間隔を空けられた加熱区域を形成し、前記加熱要素の長さを規定する内側端と外側端を有する螺旋形状を有し、前記螺旋形状の各コイルが、隣接するコイル間のアーク放電を妨げるのに十分な距離だけ隣接するコイルから間隔を空けられている、複数の加熱要素を備える、ヒータアセンブリであって、
    前記複数の加熱要素が、前記円板状の本体の中心を貫く中心軸から第１の距離の内側加熱区域、前記中心軸から前記第１の距離よりも大きい第２の距離の中間加熱区域、及び前記中心軸から前記第２の距離よりも大きい第３の距離の外側加熱区域を形成し、
    前記内側加熱区域が、第１の数のコイルを有する内側加熱要素を備え、前記中間加熱区域が、第２の数のコイルを有する中間加熱要素を備え、前記外側加熱区域が、第３の数のコイルを有する外側加熱要素を備え、前記内側加熱要素、前記中間加熱要素、及び前記外側加熱要素の各々が、少なくとも３つのコイルを備え、
    前記ヒータアセンブリは、前記円板状の本体の前記上側表面上に配置され、内側端、外側端、上端、第１の側部及び第２の側部を有する、キャリッジを更に備え、
    前記キャリッジは、前記上端から切り取られ、前記第１及び第２の側部を突き抜けるように構成され、各々が加熱要素を支持するようにサイズ決定されている、複数の凹部が設けられ、前記キャリッジは、内側位置と外側位置との間でレールに沿って移動するように構成され、前記内側位置が前記外側位置よりも前記中心軸に近い、ヒータアセンブリ。
  2. コイルの前記第３の数が、コイルの前記第１の数及びコイルの前記第２の数よりも大きい、請求項１に記載のヒータアセンブリ。
  3. 前記内側加熱要素、前記中間加熱要素、及び前記外側加熱要素の各々が、グラファイトを含む、請求項１に記載のヒータアセンブリ。
  4. 前記内側加熱要素が、前記円板状の本体の前記上側表面内の内側チャネル内に配置され、前記内側加熱要素の前記長さが前記内側チャネルの範囲内にあるように、前記内側チャネルが前記内側加熱要素と形状において適合している、請求項１に記載のヒータアセンブリ。
  5. 前記内側加熱要素の膨張を可能にするように、前記内側チャネルが前記内側加熱要素よりも広く、且つ／又は、前記内側チャネルの壁が前記内側加熱要素の上端の上方へ延在するように、前記内側チャネルが前記内側加熱要素の高さよりも大きい深さを有する、請求項４に記載のヒータアセンブリ。
  6. 前記中間加熱要素が、前記円板状の本体の前記上側表面内の中間チャネル内に配置され、前記中間加熱要素の前記長さが前記中間チャネルの範囲内にあるように、前記中間チャネルが前記中間加熱要素と形状において適合している、請求項４に記載のヒータアセンブリ。
  7. 前記中間加熱要素の膨張を可能にするように、前記中間チャネルが前記中間加熱要素よりも広く、且つ／又は、前記中間チャネルの壁が前記中間加熱要素の上端の上方へ延在するように、前記中間チャネルが前記中間加熱要素の高さよりも大きい深さを有する、請求項６に記載のヒータアセンブリ。
  8. ガス分配アセンブリ、
    前記ガス分配アセンブリに隣接し、且つ、前記ガス分配アセンブリから間隔を空けられた、サセプタアセンブリ、及び
    請求項１から７のいずれか一項に記載のヒータアセンブリを備える、処理チャンバ。
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