CN110352626A - 晶圆加热装置 - Google Patents

Abstract

陶瓷加热器(10)在单面为晶圆载置面的圆板状的陶瓷基体(12)埋设有中央熔区电阻发热体(20)及外周熔区电阻发热体(50)。中央熔区电阻发热体(20)从一对端子(21、22)的一方到另一方以一笔划线的要领配线，一对端子(21、22)形成为，在俯视时一对端子(21、22)的整体形状为圆形。

Description

晶圆加热装置

技术领域

本发明涉及晶圆加热装置。

背景技术

在半导体制造装置中，采用用于对晶圆进行加热的晶圆加热装置。作为这样的晶圆加热装置，已知在表面为晶圆载置面的基体埋设有电阻发热体的技术方案。电阻发热体从一对端子的一方到另一方以一笔划线的要领配线。例如，在专利文献1中公开了，如图14所示地将陶瓷基体分成中央熔区和外周熔区，将电阻发热体设于中央熔区和外周熔区的每一个的技术方案。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017－152137号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在这样的晶圆加热装置中，在俯视电阻发热体时，如图15所示，电阻发热体310的一对端子311、312呈现为隔开间隔配置的两个圆。因此，需要以绕过这两个圆形的端子311、312的方式将电阻发热体310不规则地布置。但是，该情况下，不规则地布置的面积增大，而且在两个圆形的端子311、312之间不存在电阻发热体310，因此难以提高晶圆的均热性。

本发明为了解决上述的课题而做成，其目的在于，相比目前，提高晶圆的均热性。

用于解决课题的方案

本发明的第一晶圆加热装置在单面为晶圆载置面的基体埋设有电阻发热体，其中，

上述电阻发热体从一对端子的一方到另一方以一笔划线的要领配线，

上述一对端子形成为，在俯视时上述一对端子的整体形状为圆形。

就该晶圆加热装置而言，电阻发热体的一对端子形成为，在俯视时一对端子的整体形状为圆形。因此，只要以绕过一个圆的方式对电阻发热体进行图案设计即可，不规则地布置电阻发热体的面积变小。另外，一对端子彼此之间为不存在电阻发热体的区域，但能够缩窄该区域，因此可缩小不存在电阻发热体的区域对晶圆的均热性产生的影响。因此，相比目前，能够提高晶圆的均热性。

此外，作为“基体”的材质，可以列举陶瓷、树脂等。

在本发明的第一晶圆加热装置中，也可以是，在俯视上述一对端子时，上述一对端子的一方呈现为将预定的圆对半分割而得到的一方的半圆部，上述一对端子的另一方呈现为将上述预定的圆对半分割而得到的另一方的半圆部。或者，也可以是，在俯视上述一对端子时，上述一对端子的一方呈现为将预定的圆分成中央的圆部和其圆部的外侧的圆环部中的上述圆部，上述一对端子的另一方呈现为沿上述圆环部的C字部。这样，能够简单地在俯视时将一对端子的整体形状形成为圆形。

在本发明的第一晶圆加热装置中，也可以是，在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面设有与上述一对端子的每一个对应的形状的一对焊盘。该情况下，也可以是，在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面接合有内置制冷剂通路的冷却板，在上述冷却板的与上述制冷剂通路不干涉的位置设有与上述一对焊盘对置的一个贯通孔。贯通孔可能成为在晶圆产生温度特异点的原因，但在此，相对于电阻发热体的一对端子，只要在冷却板设置一个贯通孔即可，因此相比对一对端子的每一个设置贯通孔的情况，容易与温度特异点减少相应地提高晶圆的均热性。

在本发明的第一晶圆加热装置中，也可以是，上述基体被分成多个熔区，在每个上述熔区设置有上述电阻发热体。这样，能够对每个熔区进行温度调整。

本发明的第二晶圆加热装置在单面为晶圆载置面的基体埋设有至少两个电阻发热体，其中，

各电阻发热体从一对端子的一方到另一方以一笔划线的要领配线，

上述两个电阻发热体的合计四个端子集中地设于相同的位置，且形成为在俯视时，上述四个端子的整体形状为圆形。

就该晶圆加热装置而言，两个电阻发热体的合计四个端子集中地设于相同的位置，且形成为在俯视时，上述四个端子的整体形状为圆形。因此，只要以绕过一个圆的方式对电阻发热体进行图案设计即可，不规则地布置电阻发热体的面积变小。另外，四个端子彼此之间为不存在电阻发热体的区域，但能够缩窄该区域，因此可缩小不存在电阻发热体的区域对晶圆的均热性产生的影响。因此，相比目前，能够提高晶圆的均热性。

本发明的第二晶圆加热装置中，也可以是，在俯视上述四个端子时，各端子呈现为将预定的圆以互相正交的两根直径分割成四个而得到的扇形部。这样，能够简单地在俯视时将一对端子的整体形状形成为圆形。

本发明的第二晶圆加热装置中，也可以是，在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面设有与上述四个端子的每一个对应的形状的四个焊盘。该情况下，也可以是，在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面接合有内置制冷剂通路的冷却板，在上述冷却板的与上述制冷剂通路不干涉的位置设有与上述四个焊盘对置的一个贯通孔。贯通孔可能成为在晶圆产生温度特异点的原因，但在此，相对于电阻发热体的四个端子，只要在冷却板设置一个贯通孔即可，因此相比对四个端子的每一个设置贯通孔的情况，容易与温度特异点减少相应地提高晶圆的均热性。

附图说明

图1是陶瓷加热器10的立体图。

图2是陶瓷加热器10的俯视图(附带一对端子21、22附近的水平剖视图)。

图3是图1的A－A部分剖视图。

图4是连接部件40的立体图。

图5是陶瓷加热器10的贯通孔63附近的仰视图。

图6是陶瓷加热器110的俯视图(附带一对端子121、122附近的水平剖视图)。

图7是陶瓷加热器110的局部剖视图。

图8是连接部件140的立体图。

图9是陶瓷加热器110的贯通孔163附近的仰视图。

图10是陶瓷加热器210的俯视图(附带端子221、222、251、252附近的水平剖视图)。

图11是陶瓷加热器210的局部剖视图。

图12是连接部件240的立体图。

图13是陶瓷加热器210的贯通孔263附近的仰视图。

图14是现有的晶圆加热装置的俯视图。

图15是两个圆形的端子311、312附近的水平剖视图。

具体实施方式

接下来，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是本实施方式的陶瓷加热器10的立体图，图2是陶瓷加热器10的俯视图(附带一对端子21、22附近的水平剖视图)，图3是图1的A－A部分剖视图，图4是连接部件40的立体图，图5是陶瓷加热器10的贯通孔63附近的仰视图。

陶瓷加热器10具备陶瓷基体12、中央熔区电阻发热体20(参照图2)、外周熔区电阻发热体50(参照图2)、以及冷却板60。

陶瓷基体12是由以氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝等为代表的陶瓷材料构成的圆板状的板材。该陶瓷基体12的厚度为例如0.5mm～30mm。另外，陶瓷基体12的表面为载置晶圆W的晶圆载置面14。在晶圆载置面14可以通过模压加工而形成有多个凹凸，也可以形成有多个槽。在陶瓷基体12具有中央熔区和外周熔区。中央熔区是作为与陶瓷基体12同心的圆的假想边界线16(参照图2)的内侧的圆形区域。外周熔区是假想边界线16的外侧的环状区域。

中央熔区电阻发热体20埋设于陶瓷基体12的中央熔区。如图2所示，中央熔区电阻发热体20是从一对端子21、22的一方的端子21到另一方的端子22遍及中央熔区的整个区域以一笔划线的要领配线的线圈。中央熔区电阻发热体20的配线图案不特别限定，可以列举例如图14所示的中央熔区的电阻发热体的配线图案。线圈的材质例如可以列举Cu、Al、SUS、Fe、W、Ti等。一对端子21、22形成为，在俯视时一对端子21、22的整体形状为预定的圆X(图2中两点划线的圆)。在此，形成为在俯视一对端子21、22时，端子21呈现为将圆X对半分割而得到的一方的半圆部，端子22呈现为将圆X对半分割而得到的另一方的半圆部。如图3所示，在陶瓷基体12的背面(与晶圆载置面14相反的一侧的面)设有一对焊盘31、32。如图5所示，一对焊盘31、32形成为与一对端子21、22分别对应的半圆板形状。如图3所示，端子21和焊盘31经由埋设于陶瓷基体12的导电部件23而连接。端子22和焊盘32也同样地经由导电部件24而连接。此外，可以在焊盘31与焊盘32之间填充绝缘材料。

焊盘31、32经由圆柱状的连接部件40连接于中央熔区电阻发热体20用的未图示的电源。如图4所示，连接部件40形成为，使底面呈半圆的柱状的第一部件41和同样地底面呈半圆的柱状的第二部件42以长方形部分互相面对面的方式隔着绝缘材料43，全体形状为圆柱。第一部件41和绝缘材料43、第二部件41和绝缘材料43通过环氧树脂等耐热粘接剂粘接。第一及第二部件41、42可以采用例如铜制，绝缘材料43可以采用例如陶瓷制。连接部件40中的至少与焊盘31、32接合的面被磨削，以使第一及第二部件41、42以及绝缘材料43成为同一面。第一部件41连接于未图示的电源的一方的电极，第二部件42连接于电源的另一方的电极。

外周熔区电阻发热体50埋设于陶瓷基体12的外周熔区。外周熔区电阻发热体50是从未图示的一对端子的一方到另一方遍及外周熔区的整个区域地以一笔划线的要领配线的线圈。作为外周熔区电阻发热体50的配线图案，不特别限定，可以列举例如图14所示的外周熔区的电阻发热体的配线图案。外周熔区电阻发热体50的一对端子也同样地配置成与中央熔区电阻发热体20的一对端子21、22同样的形状，且经由与一对焊盘31、32同样的焊盘及与连接部件40同样的连接部件连接于外周熔区电阻发热体50用的电源。

如图3所示，冷却板60经由接合片18接合于陶瓷基体12的背面。该冷却板60是金属制(例如，Al制或Al合金制)的圆板，内置有制冷剂(例如，水)可通过的制冷剂通路62。该制冷剂通路62以使制冷剂遍及陶瓷基体12的整个面地通过的方式形成。在制冷剂通路62设有制冷剂的供给口和排出口(均未图示)。在冷却板60中的与制冷剂通路62不干涉的位置设有与中央熔区电阻发热体20的一对焊盘31、32对置的一个贯通孔63。贯通孔63的直径比圆X的直径、连接部件40的直径稍大。贯通孔63的内壁优选由绝缘膜覆盖。连接部件40插入于该贯通孔63。另外，虽未图示，但在冷却板60中的与制冷剂通路62不干涉的位置与贯通孔63同样地设有与外周熔区电阻发热体50的一对焊盘对置的一个贯通孔。

这样的陶瓷加热器10能够基于例如日本专利第3897563号公报记载的制造方法来制造。因此，在此对陶瓷加热器10的制造方法省略说明。

接下来，对陶瓷加热器10的使用例进行说明。在此，对使用陶瓷加热器10通过等离子CVD在晶圆形成半导体薄膜的工序进行说明。陶瓷加热器10配置于未图示的半导体制造装置的密闭的腔室内部。在腔室配备有供给硅烷气等原料气体的供气口、将腔室内的气体排出的真空口等。

在等离子CVD中，首先，设定目标温度，进行未图示的控制器进行的陶瓷基体12的温度控制。控制器从未图示的热电偶取得陶瓷基体12的中央熔区及外周熔区的温度，以使各温度成为各目标温度的方式调节对中央熔区电阻发热体20及外周熔区电阻发热体50的供给电力，由此进行陶瓷基体12的温度控制。另外，使腔室内成为真空，并且向腔室内供给原料气体。然后，在陶瓷基体12的中央熔区及外周熔区的温度与目标温度大致一致后，在继续进行陶瓷基体12的温度控制的状态下向陶瓷基体12的晶圆载置面14载置晶圆。载置晶圆后，晶圆本身的温度比目标温度低，因此测量温度降低数℃，但通过控制器的温度控制，再次上升至目标温度。该状态下，产生等离子，在晶圆上由原料气体形成半导体薄膜。

在此，使本实施方式的结构要素和本发明的结构要素的对应关系明确。本实施方式的陶瓷加热器10相当于本发明的第一晶圆加热装置，陶瓷基体12相当于基体，中央熔区电阻发热体20及外周熔区电阻发热体50相当于电阻发热体。

以上说明了的陶瓷加热器10中，中央熔区电阻发热体20的一对端子21、22形成为，在俯视时一对端子21、22的整体形状为圆X。因此，如图2所示，只要以绕过一个圆X的方式对中央熔区电阻发热体20进行图案设计即可，将电阻发热体不规则地布置的面积比绕过两个圆的图15变小。另外，一对端子21、22彼此之间为不存在电阻发热体的区域，能够使该区域比图15窄。因此，缩小不存在电阻发热体的区域对晶圆W的均热性产生的影响。外周熔区电阻发热体50的未图示的一对端子为与中央熔区电阻发热体20的一对端子21、22同样的结构、同样的配置，因此，可得到与此相同的效果。因此，相比目前，能够提高晶圆W的均热性。

另外，在陶瓷加热器10中，在陶瓷基体12的背面设有与一对端子21、22分别对应的形状的一对焊盘31、32。而且，在冷却板60的与制冷剂通路62不干涉的位置设有与一对焊盘31、32对置的一个贯通孔63。贯通孔63可能成为使晶圆W产生温度特异点的原因，但在此，相对于中央熔区电阻发热体20的一对端子21、22，在冷却板60设有一个贯通孔63。该点对于外周熔区电阻发热体50也同样，相对于外周熔区电阻发热体50的一对端子，在冷却板60设有一个贯通孔。因此，相比对应于端子的每一个设置贯通孔的情况，容易提高晶圆W的均热性。

而且，陶瓷基体12被分成多个(两个)熔区，中央熔区电阻发热体20设于中央熔区，外周熔区电阻发热体50设于外周熔区。因此，能够对每个熔区进行温度调整。

此外，本发明丝毫不限定于上述的实施方式，只要属于本发明的技术范围，就可以以各种方式实施。

例如，上述的实施方式中，形成为在俯视中央熔区电阻发热体20的一对端子21、22时，端子21、22分别呈现为半圆部，但只要端子21、22整体呈现为圆形，可以将端子21、22形成任意的形状。例如，也可以如图6的陶瓷加热器110那样，使一方的端子121呈现为将预定的圆X分成中央的圆部和该圆部的外侧的圆环(环)部得到的圆部，另一方的端子122呈现为沿圆环部的C字部。该情况下，如图7及图9所示，设于陶瓷基体12的背面的焊盘131形成为与一方的端子121对应的圆形，焊盘132形成为与另一方的端子122对应的圆环状。此外，焊盘132也可以形成为与端子122相同的C字状。另外，如图8所示，连接部件140形成为，通过在底面为与焊盘131相同的圆形的圆柱部件141和底面为与焊盘132相同的圆环状的中空筒部件142之间插入绝缘筒143并粘接，整体形状成为圆柱。在冷却板60，相对于一对端子121、122设有一个贯通孔163。在该贯通孔163插入有连接部件140。对于外周熔区电阻发热体50的一对端子，也采用与一对端子121、122同样的结构、同样的配置。此外，在图6～图9中，与上述的实施方式相同的结构要素标注相同的符号。这样，也可以得到与上述的实施方式同样的效果。

或者，也可以如图10所示的陶瓷加热器210那样，形成为将中央熔区电阻发热体20的一对端子221、222和外周熔区电阻发热体50的一对端子251、252集中地设置于相同的位置，在俯视时，这四个端子221、222、251、252的整体形状为预定的圆X。在图10中，四个端子221、222、251、252在俯视时呈现为将预定的圆X以互相正交的两根直径分割成四个而成的扇形部。该情况下，如图11及图13所示，在陶瓷基体12的背面设有四个焊盘231～234。各焊盘231～234形成为与各端子221、222、251、252对应的扇形，并与各端子221、222、251、252通过埋设于陶瓷基体12的各导电部件连接。另外，如图12所示，连接部件240形成为，将底面为与焊盘231～234相同的扇形且金属制的柱状部件241～244以在它们之间夹设绝缘材料245的方式粘接，从而整体形状为圆柱。在冷却板60，相对于搜歌焊盘231～234设置有一个贯通孔263。在该贯通孔263插入有连接部件240。中央熔区电阻发热体20的焊盘231～232经由连接部件240的柱状部件241、242连接于中央熔区电阻发热体20用的未图示的电源。外周熔区电阻发热体50的焊盘233～234经由连接部件240的柱状部件243、244连接于外周熔区电阻发热体50用的未图示的电源。此外，在图10～图13中，与上述的实施方式相同的结构要素标注相同的符号。陶瓷加热器210为本发明的第二晶圆加热装置的一例，该情况下，也可以得到与上述的实施方式同样的效果。特别是在此四个端子的整体形状为圆形，因此不规则地布置电阻发热体的面积变得更小，设于冷却板60的贯通孔263的数量也变得更少。

上述的实施方式中示例了在陶瓷基体12埋设有各电阻发热体20、50的陶瓷加热器10，但也可以取代陶瓷基体12而使用圆板状的耐热性树脂板(例如，聚酰亚胺树脂制、液晶聚合物制)。该情况下，为了在焊盘31、32接合连接部件40，首先向焊盘31、32印刷焊膏，然后以第一部件41与焊盘31对置且第二部件42与焊盘32对置的方式安装连接部件40，然后只要通过回流进行钎焊即可。焊料在树脂板站立而选择性地汇集于焊盘31、32，因此在焊盘31、32之间难以形成桥。这点对于陶瓷加热器110、210也同样。

在上述的实施方式中，在陶瓷基体12内置有中央熔区电阻发热体20和外周熔区电阻发热体50，但也可以在陶瓷基体12仅内置电阻发热体这一个，也可以将陶瓷基体12分成三个以上的熔区，并对每个熔区内置电阻发热体。在分成三个以上的熔区的情况下，可以分成圆形的中央熔区和在该中央熔区的外侧呈同心圆状设置的直径不同的多个圆环熔区，也可以将圆分成多个扇形熔区。任一个的电阻发热体只要以一对端子为与上述的实施方式的一对端子21、22(或者一对端子121、122)同样的结构、同样的配置的方式形成即可。

上述的实施方式中，将中央熔区电阻发热体20、外周熔区电阻发热体50设为线圈，但不限于此，例如，也可以为例如网格(网状)，也可以为平板。

在上述的实施方式中，在陶瓷基体12还可埋设静电夹用的静电电极、等离子发生用的高频电极。

本申请以于2017年3月2日申请的美国临时申请第62/465、982号为优先权主张的基础，并通过引用将其全部内容并入本说明书。

生产上的可利用性

本发明可用于半导体制造装置。

符号说明

10—陶瓷加热器，12—陶瓷基体，14—晶圆载置面，16—假想边界线，18—接合片，20—中央熔区电阻发热体，21、22—端子，23、24—导电部件，31、32—焊盘，40—连接部件，41—第一部件，42—第二部件，43—绝缘材料，50—外周熔区电阻发热体，60—冷却板，62—制冷剂通路，63—贯通孔，110—陶瓷加热器，121、122—端子，131、132—焊盘，140—连接部件，141—圆柱部件，142—中空筒部件，143—绝缘筒，163—贯通孔，210—陶瓷加热器，221、222、251、252—端子，231～234—焊盘，240—连接部件，241～244—柱状部件，245—绝缘材料，263—贯通孔，310—电阻发热体，311、312—端子。

Claims (10)

1.一种晶圆加热装置，在单面为晶圆载置面的基体埋设有电阻发热体，上述晶圆加热装置的特征在于，

上述电阻发热体从一对端子的一方到另一方以一笔划线的要领配线，

上述一对端子形成为，在俯视时上述一对端子的整体形状为圆形。

2.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，

在俯视上述一对端子时，上述一对端子的一方呈现为将预定的圆对半分割而得到的一方的半圆部，上述一对端子的另一方呈现为将上述预定的圆对半分割而得到的另一方的半圆部。

3.根据权利要求1所述的晶圆加热装置，其特征在于，

在俯视上述一对端子时，上述一对端子的一方呈现为将预定的圆分成中央的圆部和该圆部的外侧的圆环部中的上述圆部，上述一对端子的另一方呈现为沿上述圆环部的C字部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的晶圆加热装置，其特征在于，

在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面设有与上述一对端子的每一个对应的形状的一对焊盘。

5.根据权利要求4所述的晶圆加热装置，其特征在于，

在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面接合有内置制冷剂通路的冷却板，

在上述冷却板的与上述制冷剂通路不干涉的位置设有与上述一对焊盘对置的一个贯通孔。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的晶圆加热装置，其特征在于，

上述基体被分成多个熔区，

在每个上述熔区设置有上述电阻发热体。

7.一种晶圆加热装置，在单面为晶圆载置面的基体埋设有至少两个电阻发热体，上述晶圆加热装置的特征在于，

各电阻发热体从一对端子的一方到另一方以一笔划线的要领配线，

上述两个电阻发热体的合计四个端子集中地设于相同的位置，且形成为在俯视时，上述四个端子的整体形状为圆形。

8.根据权利要求7所述的晶圆加热装置，其特征在于，

在俯视上述四个端子时，各端子呈现为将预定的圆以互相正交的两根直径分割成四个而得到的扇形部。

9.根据权利要求7或8所述的晶圆加热装置，其特征在于，

在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面，设有与上述四个端子的每一个对应的形状的四个焊盘。

10.根据权利要求9所述的晶圆加热装置，其特征在于，

在上述基体的与上述晶圆载置面相反的一侧的面接合有内置制冷剂通路的冷却板，

在上述冷却板的与上述制冷剂通路不干涉的位置设有与上述四个焊盘对置的一个贯通孔。