CN105282877A - 用于半导体制造装置的陶瓷加热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于半导体制造装置的陶瓷加热器。一种陶瓷加热器1，其含有在上表面具有晶片载置面2a且在内部具备线状的电阻发热体4的陶瓷基体2、和与该陶瓷基体2的下表面接合的筒状支撑体3；其中，电阻发热体4具有电路图案，该电路图案包含相对于陶瓷基体2以同心圆状配置的多个周向延伸部4a、和与这些多个周向延伸部4a连接的半径方向延伸部4b；从垂直于晶片载置面2a的方向对该电路图案和陶瓷基体2下表面的与筒状支撑体3的接合区域2b一起进行观察时，在接合区域2b内不存在周向延伸部4a。

Description

用于半导体制造装置的陶瓷加热器

技术领域

本发明涉及载置并加热半导体晶片的用于半导体制造装置的陶瓷加热器。

背景技术

在LSI等半导体器件的制造工序中，对作为被处理物的半导体晶片进行蚀刻处理，或者通过热CVD、等离子体CVD等进行成膜处理等，实施各种各样的薄膜处理。在进行这样的薄膜处理的半导体制造装置中，使用在设置于上表面的晶片载置面上载置半导体晶片、并利用在该晶片载置面或内部设置的电阻发热体加热该半导体晶片的陶瓷加热器。在该陶瓷加热器中，有时还设置有产生等离子体的RF电极、将半导体晶片电吸附固定在晶片载置面上的静电卡盘用电极。

由于期望半导体晶片在整个面上以均匀的膜厚进行成膜，因此，对于上述那样的陶瓷加热器而言，要求其晶片载置面的温度分布在整个面上基本均匀。作为其对策，提出了以下技术方案：将陶瓷加热器的晶片载置面分割成多个区域并在各个区域上配置电阻发热体，或者如专利文献1所示将电阻发热体设置成并列电路，由此使得每单位面积的发热密度更均匀。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第01/013423号

发明内容

发明所要解决的问题

上述陶瓷加热器通常具有如下结构：包含在上表面具有晶片载置面且在内部埋设有电阻发热体电路等导电体的圆板状的陶瓷基体、和从下侧支撑该基体的筒状支撑体，并且在该筒状支撑体的内侧容纳向导电体供电用的导电线。对于该结构的陶瓷加热器而言，在晶片载置面中，在相反侧对应于与筒状支撑体的接合部分的环状的区域中，温度分布不均匀，其结果是，有时产生在半导体晶片上成膜时的膜厚分布不均匀的问题。

用于解决问题的手段

本发明人等为了解决上述问题，进行深入研究的结果是，在陶瓷加热器的制作阶段，通过在对陶瓷基体和筒状支撑体的接合部分在接合方向上施加载荷的同时加热而进行接合，在陶瓷基体的内部在与晶片载置面平行的面上遍布基本整个面的线状的电阻发热体中，位于进行与上述筒状支撑体接合的区域的基本正上方的一部分的电阻发热体在施加上述载荷的状态下受到加热的影响而发生化学反应，其结果是在该一部分的电阻发热体中体积电阻值上升。

因此，发现在陶瓷基体的内部埋设线状的电阻发热体时，以电阻发热体尽可能不延伸到进行陶瓷基体和筒状支撑体接合的区域的正上方的方式形成电路图案，结果可以使得晶片载置面的温度分布在整个面上基本均匀，从而完成了本发明。

即，本发明的陶瓷加热器含有在上表面具有晶片载置面且在内部具备线状的电阻发热体的陶瓷基体、和与该陶瓷基体的下表面接合的筒状支撑体；其特征在于，所述电阻发热体具有电路图案，该电路图案包含相对于所述陶瓷基体以同心圆状配置的多个周向延伸部、和与这些多个周向延伸部连接的半径方向延伸部；从垂直于所述晶片载置面的方向对所述电路图案和所述陶瓷基体下表面的所述接合的区域一起进行观察时，在所述接合的区域内不存在所述周向延伸部。

发明效果

根据本发明，在晶片载置面的整个面上能够得到基本均匀的温度分布。

附图说明

图1是表示本发明的陶瓷加热器的一个具体例的纵向剖视图。

图2是从垂直于晶片载置面的方向对本发明的一个具体例的陶瓷加热器所具有的陶瓷基体中埋设的电阻发热体的电路图案和筒状支撑体的接合区域一起进行观察时的示意图。

图3是从垂直于晶片载置面的方向对比较例的陶瓷加热器所具有的陶瓷基体中埋设的电阻发热体的电路图案和筒状支撑体的接合区域一起进行观察时的示意图。

附图标记

1陶瓷加热器

2陶瓷基体

2a晶片载置面

2b接合区域

3筒状支撑体

4电阻发热体

4a周向延伸部

4b半径方向延伸部

5外部端子

6供电线

W半导体晶片

具体实施方式

首先，列出本发明的实施方式来进行说明。本发明的陶瓷加热器的实施方式涉及如下陶瓷加热器，其含有在上表面具有晶片载置面且在内部具备线状的电阻发热体的陶瓷基体、和与所述陶瓷基体的下表面接合的筒状支撑体；其特征在于，所述电阻发热体具有电路图案，该电路图案包含相对于所述陶瓷基体以同心圆状配置的多个周向延伸部和与这些多个周向延伸部连接的半径方向延伸部；从垂直于所述晶片载置面的方向对所述电路图案和所述陶瓷基体下表面的所述接合的区域一起进行观察时，在所述接合的区域内不存在所述周向延伸部。由此在晶片载置面的整个面上能够得到基本均匀的温度分布。

在上述本发明的陶瓷加热器的实施方式中，在上述电路图案中，优选仅所述半径方向延伸部存在于所述接合的区域内。由此，在确保晶片载置面的热均匀性的同时，能够稳定支撑陶瓷基体。特别是，优选存在于该接合的区域内的半径方向延伸部为向设置在所述电阻发热体的端部的外部端子的引出线。由此，能够使支撑体的粗细度变细，还能够减小与陶瓷基体的接合面积。另外，优选所述多个周向延伸部在所述陶瓷基体的半径方向上以均等的间距配置。由此，在晶片载置面中能够得到更高的热均匀性。

接下来，对于本发明的陶瓷加热器的一个具体例参照图1进行说明。该图1所示的陶瓷加热器1包含：在上表面具有载置半导体晶片W的晶片载置面2a的大致圆板形状的陶瓷基体2，和在与该陶瓷基体2的晶片载置面2a相反侧的下表面例如通过在接合方向上施加载荷并加热而化学接合的筒状支撑体3。

为了在半导体晶片W的加热处理时以高速使其升降温，陶瓷基体2的厚度越薄越优选，但是极薄时，有可能刚性变低而破损，因此优选为约5～约25mm，更优选为约10～约20mm。陶瓷基体2的材质可以使用氮化铝、氮化硅或氧化铝等。在这些之中，从良好的导热性的观点出发，优选氮化铝，从高刚性的观点出发，优选氮化硅、氧化铝。

筒状支撑体3的作为与上述陶瓷基体2的接合部分的上端部进行扩径，由此使得后述的外部端子5与筒状支撑体3不接触。另一方面，在筒状支撑体3的下端部形成向外侧弯曲的凸缘部，以使得能够利用插入该凸缘部的螺栓固定在未图示的半导体制造装置的台面上。作为筒状支撑体3的材质，只要其热膨胀系数与陶瓷基体2的热膨胀系数相差不大就没有特别限制，优选使用与陶瓷基体2相同的材质。即，陶瓷基体2由AlN形成的情况下，优选筒状支撑体3的材质也采用AlN。

上述陶瓷基体2和筒状支撑体3例如通过未图示的接合层而化学接合。该接合层的成分优选包含在AlN、Al₂O₃中添加稀土氧化物而得到的物质。原因在于：这些成分与作为陶瓷基体2、筒状支撑体3的材质的AlN等陶瓷的润湿性良好，因此能够得到高接合强度，而且在接合面容易得到高气密性。

在上述陶瓷基体2的内部在与晶片载置面2a平行的面上遍布线状的电阻发热体4。作为这样将线状的电阻发热体4埋设在陶瓷基体2的内部的方法，可以列举如下方法：将导电膏丝网印刷在两片形状基本相同的陶瓷板的一个陶瓷板上以形成所期望的电路图案，然后进行烧结，并以将该电路图案覆盖的方式贴合另一个陶瓷板。或者，可以是如下方法：在两片形状基本相同的陶瓷板之间夹持加工有所期望的电路图案的金属线、金属网或者金属箔等。

通过丝网印刷形成的情况下使用的导电糊通过混合金属粉末、根据需要添加的氧化物粉末、粘结剂和溶剂而得到。在该情况下的金属粉末中，从与陶瓷基体2的热膨胀系数匹配的角度出发，优选钨(W)、钼(Mo)或钽(Ta)。在使用金属线、金属网、金属箔等的情况下，从与陶瓷基体2的热膨胀系数匹配的角度出发，也优选钨(W)、钼(Mo)或钽(Ta)。

埋设在陶瓷基体2内的电阻发热体4的电路图案，如图2所示，由相对于陶瓷基体2以同心圆状配置的大致圆形和/或大致圆弧形状的多个周向延伸部4a和将这些多个周向延伸部4a中的两个端部彼此连接的半径方向延伸部4b构成。这些多个周向延伸部4a优选在陶瓷基体2的半径方向上以均等的间距配置，由此在晶片载置面2a中能够得到更高的热均匀性。需要说明的是，上述半径方向延伸部4b并不限定于在陶瓷基体2的半径方向上延伸的形式，也旨在包含在与陶瓷基体2的周向交叉的方向上延伸的形式。

对于该电阻发热体4的电路图案而言，从垂直于晶片载置面2a的方向对该电路图案和陶瓷基体2的下表面的上述筒状支撑体3的接合区域2b一起进行观察时，在接合区域2b内可以存在半径方向延伸部4b，但是不存在多个周向延伸部4a。换言之，在从垂直于晶片载置面2a的方向观察时，使得接合区域2b位于：邻接的两个周向延伸部4a之间，或者位于最内周侧的周向延伸部4a的内周侧，或者位于最外周侧的周向延伸部4a的外周侧的任意一个。

由此，可以将上述陶瓷基体2和筒状支撑体3接合时的由施加载荷后的加热造成的对电阻发热体4的不良影响保持在最低限度，可以抑制电阻发热体4的体积电阻值的局部上升。其结果是，晶片载置面2a的热均匀性提高，能够使载置在晶片载置面2a上的半导体晶片的成膜工序中得到的薄膜的膜厚分布变得均匀。

需要说明的是，图2中示出了将位于最内周侧的周向延伸部4a和与其邻接的从内周侧起第二个周向延伸部4a连接的两个半径方向延伸部4b存在于接合区域2b内的例子，但是只要周向延伸部4a不在接合区域2b内，就对其没有限定。例如，在接合区域2b内也可以仅存在向设置在电阻发热体4的端部的后述外部端子5的引出线。

在电阻发热体4的两端部设置有用于供电的外部端子5。对于该外部端子5的安装方法没有特别限定，可以利用通常的方法安装。例如，可以从与陶瓷基体2的晶片载置面2a相反侧的下表面开始到电阻发热体4的端部露出为止加工沉头孔(ザグリ穴)，并在该孔内以抵接电阻发热体4的端部的方式嵌入外部端子5。对于该外部端子5根据需要实施镀敷，由此可以提高抗氧化性。而且，通过在从陶瓷基体2的下表面突出的外部端子5的下端部连接来自于电源供给单元(未图示)的供电线6，能够向电阻发热体4供电。

以上，对于本发明的陶瓷加热器通过列举具体例进行了说明，但是本发明并不限定于这些具体例，可以在不脱离本发明主旨的范围以各种方式实施。即，本发明的技术范围涵盖权利要求书及其等同物。

实施例

在氮化铝粉末99.5质量份中加入作为烧结助剂的氧化钇0.5质量份，再加入粘结剂、有机溶剂，通过球磨混合，从而制作浆料。将得到的浆料通过喷雾干燥法喷雾，由此制作颗粒，并将其压制成形而制作两片相同形状的成形体。将这些成形体在氮气气氛中在700℃的条件下脱脂，然后在氮气气氛中在1850℃烧结，从而得到两片氮化铝烧结体。将得到的烧结体加工成直径330mm、厚度8mm的圆板状。此时的表面粗糙度用Ra表示为0.8μm，平面度为50μm。

在这两片氮化铝烧结体中，为了在一个烧结体的单面上形成电阻发热体，以线宽全部为4mm的方式通过丝网印刷涂布W膏，然后在氮气气氛中在700℃脱脂，然后在氮气气氛中在1830℃烧结。由此形成具有图2所示的电路图案的电阻发热体。接下来，在另一个氮化铝烧结体的单面上涂布以粘接用氮化铝作为主要成分的粘接材料，然后进行脱脂。然后，以覆盖电阻发热体的方式重叠这两片氮化铝烧结体并使其接合。对于由此得到的接合体，在其单面上锪孔加工(ザグリ加工)分别到达电阻发热体的两个端部的两个孔，并在各孔内以抵接电阻发热体的端部的方式嵌入W制外部端子。

如图2所示从垂直于晶片载置面的方向观察时，在由此制作的陶瓷基体的嵌入有上述W制外部端子的面上，以接合区域位于邻接的两个周方向延伸部4a之间的方式，接合了具有外径70mm、内径60mm的环状接合部分的高度150mm、壁厚2mm的AlN制筒状支撑体。接合时，在接合方向上施加载荷的同时进行加热，由此通过以氮化铝作为主要成分的接合层进行化学接合。然后，在筒状支撑体的内侧将供电线连接到从陶瓷基体的下表面露出的外部端子上。由此制作试样1的陶瓷加热器。

为了比较，如图3所示，以最内周侧的周向延伸部位于筒状支撑体的接合区域内的方式形成电阻发热体的电路图案，除此之外，以与上述试样1同样的方式制作试样2的陶瓷加热器。对于该试样1和2的陶瓷加热器，用下述各方法进行评价。即，将各试样的陶瓷加热器设置在反应容器内，将该反应容器内抽成真空，并且从供电线向埋设在陶瓷基体中的电阻发热体供电，从而将陶瓷基体加热到600℃。此时，为了对陶瓷基体的晶片载置面的热均匀性进行评价，使用SensArray公司(センサレー公司)制的300mm17点晶片测温计测定温度分布。

将该温度分布的测定结果示于下表1。在此，将晶片载置面的整个面中的最大值与最小值之差记为ΔT。另外，测定晶片载置面的中心部分的温度，和测定在以该中心部分为中心的直径70mm、直径140mm和直径280mm的各个圆中同心圆上的4个测定点的温度，将直径70mm的同心圆上的4个测定点的温度的平均值与中心的温度之差记为ΔT(φ70-0)，将直径140mm的同心圆上的4个测定点的温度的平均值与直径70mm的同心圆上的4个测定点的温度的平均值之差记为ΔT(φ140-70)，将直径280mm的同心圆上的4个测定点的温度的平均值与直径140mm的同心圆上的4个测定点的温度的平均值之差记为ΔT(φ280-140)。

表1

试样	ΔT	ΔT(φ70-0)	ΔT(φ140-70)	ΔT(φ280-140)
					1	5.7℃	0.6℃	0.9℃	-0.8℃
*2	11.2℃	5.1℃	-4.7℃	-1.0℃

(注)表中带*的试样为比较例。

从上述表1可知，与试样2相比，试样1中温度分布整体的最大值与最小值之差ΔT小，得到了良好的热均匀性。认为这是因为能够抑制在与筒状支撑体的接合区域中的电阻发热体的电阻值上升。另一方面，由于在试样2中在与筒状支撑体的接合区域中的电阻发热体的电阻值上升，因此特别是直径70mm的同心圆状的4个测定点的温度大幅上升。其结果是，ΔT(φ70-0)和ΔT(φ140-70)产生特别大的温度差。

Claims (4)

1.一种陶瓷加热器，含有在上表面具有晶片载置面且在内部具备线状的电阻发热体的陶瓷基体、和与所述陶瓷基体的下表面接合的筒状支撑体，其中

所述电阻发热体具有电路图案，该电路图案包含相对于所述陶瓷基体以同心圆状配置的多个周向延伸部、和与这些多个周向延伸部连接的半径方向延伸部；

从垂直于所述晶片载置面的方向对所述电路图案和所述陶瓷基体下表面的所述接合的区域一起进行观察时，在所述接合的区域内不存在所述周向延伸部。

2.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其中，

在所述电路图案中，仅所述半径方向延伸部存在于所述接合的区域内。

3.根据权利要求2所述的陶瓷加热器，其中，

存在于所述接合的区域内的所述半径方向延伸部为向设置在所述电阻发热体的端部的外部端子的引出线。

4.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其中，

所述多个周向延伸部在所述陶瓷基体的半径方向以均等的间距配置。