CN111869318A - 多区域加热器 - Google Patents

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Abstract

多区域加热器10具备外周部区域加热器40、以及第1和第2线材部41、42。外周部区域加热器40是在与中央部区域加热器30同一平面上设置于陶瓷基体30的外周部20b，且在外周部区域20b内，按照一笔画的要领遍及外周部区域20b的整个区域而从一个端部40a配线至另一个端部40b的线圈。第1线材部41从第1端子43起穿过中央部20a而连接至外周部区域加热器40的一个端部40a，俯视时的形状为曲折的形状。第2线材部42从第2端子44起穿过中央部20a而连接至外周部区域加热器40的另一个端部40b，俯视时的形状为曲折的形状。

Description

多区域加热器
技术领域
本发明涉及多区域加热器。
背景技术
半导体制造装置中，采用用于加热晶片的陶瓷加热器。作为这样的陶瓷加热器，已知所谓的双区域加热器。作为这种双区域加热器，如专利文献1所公开的那样，已知在陶瓷基体中，将中央部区域加热器与外周部区域加热器埋设于同一平面，对各区域加热器分别独立地施加电压，从而独立地控制来自各区域加热器的发热的双区域加热器。各区域加热器由线圈构成。外周部区域加热器的两个端子设置于陶瓷基体的中央部。各端子经由导电连接部与外周部区域加热器连接。导电连接部以从端子起穿过中央部而到达外周部的方式形成。专利文献1中，存在在中央部，导电连接部周边的温度相对降低的倾向，因此提出了增大导电连接部周边的线圈的每单位面积的发热量的方案。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3897563号公报
发明内容
发明所要解决的课题
可是，在由线圈构成导线连接部的情况下，有时该线圈发热而对由中央部区域加热器进行的中央部的温度控制带来影响。另一方面，在由线材(金属线)构成导电连接部的情况下，由于发热量少，因此不会对由中央部区域加热器进行的中央部的温度控制带来大的影响。然而，如果使导电连接部为线材，则例如在变更中央部区域加热器与外周部区域加热器的功率比的情况下、通过变更设定温度而导致向两个区域加热器供给的功率发生增减的情况下，有时会在导线连接部的周边产生冷点或热点。另一方面，如果在反复产生热循环的环境下使用陶瓷加热器，则在埋设于陶瓷基体的线圈与陶瓷基体之间会产生热膨胀差，但是如果线材是直线状，则不能完全吸收该热膨胀差，有时会因线材两端所产生的热应力而导致陶瓷基体破损。
本发明是为了解决这样的课题而提出的，其主要目的在于当使用环境发生变化时，在防止冷点、热点产生的同时防止加热器的破损。
用于解决课题的方法
本发明的多区域加热器具备：
具有晶片载置面的圆盘状的陶瓷基体；
线圈状或网状的中央部区域加热器，其设置于上述陶瓷基体的中央部；
线圈状或网状的外周部区域加热器，其在与上述中央部区域加热器同一平面上，分别与上述陶瓷基体的外周部的1个以上的外周部区域对应地设置，在上述外周部区域内，按照一笔画的要领遍及上述外周部区域的整个区域而从一个端部配线至另一个端部；
俯视时的形状为曲折的形状的第1线材部，其从配置于上述陶瓷基体的上述中央部的第1端子起穿过上述中央部而连接至上述外周部区域加热器的一个端部；以及
俯视时的形状为曲折的形状的第2线材部，其从配置于上述陶瓷基体的上述中央部的第2端子起穿过上述中央部而连接至上述外周部区域加热器的另一个端部。
在该多区域加热器中，通过对各区域加热器分别独立地施加电压，从而能够独立地控制来自各区域加热器的发热。此外，从中央部的第1端子起穿过中央部而连接至外周部区域加热器的一个端部的第1线材部和从中央部的第2端子起穿过中央部而连接至外周部区域加热器的另一个端部的第2线材部均为既不是线圈状也不是网状的线材(即金属线状)。因此，第1和第2线材部的发热量少，并不妨碍由中央部区域加热器进行的中央部的温度控制。另一方面，第1和第2线材部的俯视时的形状均为曲折的形状，因此当使用环境发生变化时，在易于产生冷点的部位，能够使形状成为曲线而增加发热量，在易于产生热点的部位，能够使形状成为直线而抑制发热量。此外，如果在反复产生热循环的环境下使用多区域加热器，则在埋设于陶瓷基体的加热器与陶瓷基体之间会产生热膨胀差，但是由于第1和第2线材部为曲折的形状，因此吸收该热膨胀差。因此，可缓和第1和第2线材部的两端所产生的热应力。这样，根据本发明的多区域加热器，当使用环境发生变化时，能够在防止冷点、热点的产生的同时，防止陶瓷基体发生破损。
本发明的多区域加热器中，上述第1线材部和上述第2线材部可以具有彼此接近的部分和分开的部分。当使用环境发生变化时，在易于产生冷点的部位，使它们彼此接近以增加发热量，在易于产生热点的部位，使它们彼此分开以抑制发热量。这样的话，当使用环境发生变化时，易于进一步防止冷点、热点的产生。
本发明的多区域加热器中，上述第1线材部和上述第2线材部可以分别具有多个弯曲部。这样的话，与仅有一处弯曲部的情况相比，能够使各线材部周边的发热量精细地变化。
本发明的多区域加热器中，可以在上述陶瓷基体的上述外周部设有多个上述外周部区域。这样的话，能够独立地控制来自每个外周部区域所设置的外周部区域加热器的发热，由此易于精度良好地控制外周部的温度。
本发明的多区域加热器中，上述第1线材部和上述第2线材部的每单位长度的电阻值可以比上述外周部区域加热器的每单位长度的电阻值小。这样的话，能够使第1线材部和第2线材部的每单位长度的发热量比外周部区域加热器的每单位长度的发热量小。例如，可以使第1线材部和第2线材部的线径比外周部区域加热器的线径大。
附图说明
图1为多区域加热器10的俯视图。
图2为图1的A-A截面图。
图3为第1和第2线材部41、42的说明图。
图4为多区域加热器110的俯视图。
图5为第1和第2线材部241、242的说明图。
具体实施方式
以下一边参照附图一边说明本发明的优选实施方式。图1为多区域加热器10的俯视图，图2为图1的A-A截面图，图3为第1和第2线材部41、42的说明图。另外，图1为多区域加热器10的俯视图，因此应当以隐藏线(虚线)来显示埋设于内部的构件(中央部区域加热器30、外周部区域加热器40等)，但这里为了便于说明，以实线来显示。
多区域加热器10是作为半导体的制造工序中用于加热半导体晶片的台来使用的加热器。该多区域加热器10具备：圆盘状的陶瓷基体20、中央部区域加热器30、外周部区域加热器40、第1线材部41、第2线材部42以及中空轴50。
陶瓷基体20为由以氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝等为代表的陶瓷材料形成的圆盘状的平板。该陶瓷基体20的厚度为例如0.5mm～30mm。此外，陶瓷基体20的表面为晶片载置面22。晶片载置面22上，可以通过压纹加工而形成有多个凹凸，也可以形成有多个槽。陶瓷基体20具有中央部20a和外周部20b。中央部20a是作为与陶瓷基体20同心的圆的假想边界线26的内侧的圆形区域。外周部20b为假想边界线26的外侧的环状区域。
中央部区域加热器30埋设于陶瓷基体20的中央部20a。该中央部区域加热器30是遍及中央部20a的整个区域而按照一笔画的要领从配设于陶瓷基体20的中央附近的一对端子31、32中的一个端子31起配线至另一个端子32的线圈。两个端子31、32分别经由馈电构件33、34而连接至中央部区域加热器用电源35。该电源35通过控制器52来控制。中央部区域加热器30从一个端子31至另一个端子32为止全部由线圈(图1中，以粗线来显示线圈)构成。线圈有时根据中央部20a内的位置而适当变更每单位长度的卷绕数。例如有时由于等离子体对晶片的热量输入局部不同而导致晶片产生温度不均，为了消除该温度不均，有时根据位置而变更每单位长度的卷绕数。线圈的每单位长度的卷绕数越多，则发热量越多，越易于成为高温。也可以变更卷绕直径或变更线间距离(相邻的线圈的间隔)来代替变更线圈的卷绕数。线圈的材质可举出例如，钼、钨或钼-钨化合物等。馈电构件33、34优选为金属制，更优选为Ni制。此外，作为馈电构件33、34的形状，可举出杆形状、金属线形状等。各端子31、32与各馈电构件33、34的连接可以应用螺接、铆接、嵌合、硬钎焊、焊接、共晶软钎焊等。
外周部区域加热器40埋设于陶瓷基体20的外周部20b。外周部区域加热器40以与中央部区域加热器30成为同一平面的方式设置。本实施方式中，外周部20b具有1个外周部区域。因此，外周部20b与外周部区域一致。外周部区域加热器40是在外周部20b内，按照一笔画的要领遍及外周部20b的整个区域而从一个端部40a配线至另一个端部40b的线圈。该线圈与内周部区域加热器30同样，也可以根据外周部20b内的位置而适当变更每单位长度的卷绕数、卷绕直径、线间距离(相邻的线圈的间隔)。线圈的材质可举出例如，钼、钨或钼-钨化合物等。
第1线材部41是从陶瓷基体20的中央部20a中并列地配置的第1和第2端子43、44中的第1端子43起穿过中央部20a而连接至外周部区域加热器40的一个端部40a的金属线。该第1线材部41的俯视时的形状为曲折的形状(即弯弯曲曲的形状)。第2线材部42是从第2端子44起穿过中央部20a而连接至外周部区域加热器40的一个端部40b的金属线。该第2线材部42的俯视时的形状也是曲折的形状。金属线的材质可举出例如，钼、钨或钼-钨化合物等。金属线的线径没有特别限定，例如优选为0.3mm以上1.0mm以下。第1和第2端子43、44分别经由馈电构件45、46与外周部区域加热器用电源47连接。该电源47通过控制器52来控制。馈电构件45、46优选为金属制，更优选为Ni制。此外，作为馈电构件45、46的形状，可举出杆形状、金属线形状等。各端子43、44与各馈电构件45、46的连接可以应用螺接、铆接、嵌合、硬钎焊、焊接、共晶软钎焊等。
第1和第2线材部41、42如图3所示那样，具有彼此接近的部分Pa、彼此分开的部分Pb以及稍微接近的部分Pc。当使用环境发生变化时，在第1和第2线材部41、42的周边易于产生冷点的部位，使它们彼此接近以增加发热量。此外，当使用环境发生变化时，在第1和第2线材部41、42的周边易于产生热点的部位，使它们彼此分开以抑制发热量。使用环境发生变化时的温度的变化能够通过模拟或实验来掌握。因此，能够基于模拟、实验的结果，来设计使哪里接近，使哪里分开。
第1和第2线材部41、42如图3所示那样，分别具有多个弯曲部。这里，第1线材部41具有4个弯曲部，各自的曲率半径从第1端子43侧起为5mm、30mm、9mm、14mm。关于弯曲部的曲率半径，曲率半径优选为5mm以上。第2线材部42为与第1线材部41线对称的形状，但并不特别限定于此，也可以为其他形状。这样，第1和第2线材部41、42具有多个弯曲部，因此与仅有一处弯曲部的情况相比，能够使第1和第2线材部41、42周边的发热量精细地变化。例如，在仅有一处弯曲部的情况下，第1和第2线材部41、42的彼此接近的部位(或分开的部位)仅为一个，但是在具有多个弯曲部的情况下，由于能够设置多个彼此接近的部位、分开的部位，因此能够精细地控制温度。
中空轴50为由与陶瓷基体20相同的陶瓷材料形成的圆筒体，一体地接合于陶瓷基体20的与晶片载置面22相反侧的面(背面)24。在该中空轴50的内部配置有馈电构件33、34、45、46。
这样的多区域加热器10例如能够按照专利文献1所记载的制造方法来制造。因此，这里对于多区域加热器10的制造方法，省略说明。
接下来，对于多区域加热器10的使用例进行说明。这里，对于使用多区域加热器10，通过等离子体CVD在晶片上形成半导体薄膜的工序进行说明。多区域加热器10配置于未图示的半导体制造装置的密闭的腔内部。腔中装备有供给硅烷气体等原料气体的气体供给口、排除腔内的气体的真空口等。
等离子体CVD中，首先，将目标温度设定于～700℃，利用控制器52进行陶瓷基体20的温度控制。控制器52通过由未图示的热电偶输入陶瓷基体20的中央部20a和外周部20b的温度，以使各温度成为各目标温度的方式经由电源35、47调节对中央部区域加热器30和外周部区域加热器40供给的电力，从而进行陶瓷基体20的温度控制。此外，在使腔内成为真空的同时向腔内供给原料气体。然后，在陶瓷基体20的中央部20a和外周部20b的温度与目标温度大致一致之后，在继续进行陶瓷基体20的温度控制的状态下，在陶瓷基体20的晶片载置面22上载置晶片。在刚载置晶片之后，由于晶片本身的温度比目标温度低，因此测定温度会降低数℃，但通过利用控制器52进行的温度控制，会再次上升至目标温度。在该状态下产生等离子体，在晶片上由原料气体形成半导体薄膜。
这里，多区域加热器10的第1和第2线材部41、42不是线圈而是线材(即金属线状)，因此发热量少，并不妨碍由中央部区域加热器30进行的陶瓷基体20的中央部20a的温度控制。另一方面，第1和第2线材部41、42的俯视时的形状都是曲折的形状，因此当使用环境发生变化时，在易于产生冷点的部位，能够使形状成为曲线而增加发热量，在易于产生热点的部位，能够使形状成为直线而抑制发热量。
根据以上说明的多区域加热器10，即使在使用环境发生变化的情况下(例如在变更中央部区域加热器30与外周部区域加热器40的功率比的情况、通过变更设定温度而导致向两个区域加热器30、40供给的功率发生增减的情况等)，也能够防止在第1和第2线材部41、42的周边产生冷点、热点。
此外，如果在反复产生热循环的环境下使用多区域加热器10，则在埋设于陶瓷基体20的中央部和外周部区域加热器30、40与陶瓷基体20之间会产生热膨胀差，但是由于第1和第2线材部41、42为曲折的形状，因此吸收该热膨胀差。因此，可缓和第1和第2线材部41、42的两端所产生的热应力。因此，能够防止陶瓷基体20破损。
此外，第1和第2线材部41、42具有彼此接近的部分和分开的部分。因此，能够在使用环境发生变化时，在易于产生冷点的部位使它们彼此接近以增加发热量，在易于产生热点的部位使它们彼此分开以抑制发热量。因此，当使用环境发生变化时，易于进一步防止冷点、热点的产生。
进一步，第1和第2线材部41、42分别具有多个弯曲部。因此，与仅有一处弯曲部的情况相比，能够使各线材部41、42周边的发热量精细地变化。
另外，本发明并不受上述实施方式的任何限定，不言而喻，只要属于本发明的技术的范围，就能够以各种方式来实施。
例如，在上述实施方式中，例示了陶瓷基体20的外周部20b具有一个外周部区域的情况，但是外周部20b也可以具有多个外周部区域。图4表示在环状的外周部20b设置有两个外周部区域(第1和第2外周部区域20b1、20b2)的多区域加热器110的俯视图。图4中，对于与上述实施方式相同的构成要素附上相同的符号，并省略其说明。
第1外周部区域加热器140以与中央部区域加热器30成为同一平面的方式设置在半圆环状的第1外周部区域20b1内。第1外周部区域加热器140是在第1外周部区域20b1内，按照一笔画的要领遍及第1外周部区域20b1的整个区域而从一个端部140a配线至另一个端部140b的线圈。第1线材部141是从配置于陶瓷基体20的中央部20a的第1和第2端子143、144中的第1端子143起穿过中央部20a而连接至第1外周部区域加热器140的一个端部140a的金属线。该第1线材部141的俯视时的形状为曲折的形状。第2线材部142是从第2端子144起穿过中央部20a而连接至第1外周部区域加热器140的一个端部140b的金属线。该第2线材部142的俯视时的形状也为曲折的形状。
第2外周部区域加热器150以与中央部区域加热器30成为同一平面的方式设置在半圆环状的第2外周部区域20b2内。第2外周部区域加热器150是在第2外周部区域20b2内，按照一笔画的要领遍及第2外周部区域20b2的整个区域而从一个端部150a配线至另一个端部150b的线圈。第1线材部151是从配置于陶瓷基体20的中央部20a的第1和第2端子153、154中的第1端子153起穿过中央部20a而连接至第2外周部区域加热器150的一个端部150a的金属线。该第1线材部151的俯视时的形状为曲折的形状。第2线材部152是从第2端子154起穿过中央部20a而连接至第2外周部区域加热器150的一个端部150b的金属线。该第2线材部152的俯视时的形状也为曲折的形状。
通过图4的多区域加热器110，也能够获得与上述实施方式同样的效果。此外，由于将外周部20b分为第1和第2外周部区域20b1、20b2，并在第1外周部区域20b1设置第1外周部区域加热器140，在第2外周部区域20b2设置第2外周部区域加热器150，因此与上述实施方式相比，能够更精细地进行陶瓷基体20的外周部20b的温度控制。
可以代替上述实施方式的第1和第2线材部41、42，而采用图5所示的第1和第2线材部241、242。第1线材部241与第1线材部41相同，第2线材部242以与第1线材部241平行的方式设置。在该情况下，将第1和第2线材部241、242的周边分为长度相同的4个区间A1～A4时，在区间A1中，与其他区间A2～A4相比，第1和第2线材部241、242的弯曲部的曲率半径小，因此区间A1的线材长度与其他区间A2～A4相比变长。因此，区间A1的发热量与其他区间A2～A4相比增大。需说明的是，这一点在上述实施方式中也是同样的。此外，例如，如果将区间A3、A4进行比较，则通过第1和第2线材部241、242加热的区域在区间A3中是图5中偏左的区域，在区间A4中是偏右的区域。
在上述实施方式中，使中央部区域加热器30、外周部区域加热器40的形状为线圈状，但并不限定于此，例如，也可以为网状(网眼状)。在变更网眼状的发热体密度时，例如可以变更网眼的细度，或变更线径，或变更发热体的面积。
在上述实施方式中，可以在陶瓷基体20中进一步埋设静电卡盘用的静电电极、等离子体产生用的高频电极。此外，也可以将中央部区域加热器30、外周部区域加热器40设置于陶瓷基体20的表面来代替埋设于陶瓷基体20。
在上述实施方式中，第1和第2线材部41、42的金属线的线径可以比中央部和外周部区域加热器30、40的线圈(与金属线相同的材料)的线径大。即，也可以使金属线的截面积比线圈的截面积大。这样的话，第1和第2线材部41、42的每单位长度的电阻值会比外周部区域加热器40的每单位长度的电阻值小。因此，能够使第1和第2线材部41、42的每单位长度的发热量比中央部和外周部区域加热器30、40的每单位长度的发热量小。
本申请以2018年3月23日申请的日本专利申请第2018-55520号作为优先权主张的基础，通过引用将其全部内容包含于本说明书中。
产业上的可利用性
本发明能够应用在半导体制造装置中用于加热晶片的加热器中。
符号说明
10：多区域加热器，20：陶瓷基体，20a：中央部，20b：外周部，20b1：外周部区域，20b2：外周部区域，22：晶片载置面，24：背面，26：假想边界线，30：中央部区域加热器，31、32：端子，33、34：馈电构件，35：中央部区域加热器用电源，40：外周部区域加热器，40a、40b：端部，41：第1线材部，42：第2线材部，43：第1端子，44：第2端子，45、46：馈电构件，47：外周部区域加热器用电源，50：中空轴，52：控制器，110：多区域加热器，140：第1外周部区域加热器，140a、140b：端部，141：第1线材部，142：第2线材部，143：第1端子，144：第2端子，150：第2外周部区域加热器，150a、150b：端部，151：第1线材部，152：第2线材部，153：第1端子，154：第2端子，241：第1线材部，242：第2线材部。

Claims (5)

1.一种多区域加热器，其具备：
具有晶片载置面的圆盘状的陶瓷基体；
线圈状或网状的中央部区域加热器，其设置于所述陶瓷基体的中央部；
线圈状或网状的外周部区域加热器，其在与所述中央部区域加热器同一平面上，分别与所述陶瓷基体的外周部的1个以上的外周部区域对应地设置，在所述外周部区域内，按照一笔画的要领遍及所述外周部区域的整个区域而从一个端部配线至另一个端部；
俯视时的形状为曲折的形状的第1线材部，其从配置于所述陶瓷基体的所述中央部的第1端子起穿过所述中央部而连接至所述外周部区域加热器的一个端部；以及
俯视时的形状为曲折的形状的第2线材部，其从配置于所述陶瓷基体的所述中央部的第2端子起穿过所述中央部而连接至所述外周部区域加热器的另一个端部。
2.根据权利要求1所述的多区域加热器，
所述第1线材部和所述第2线材部具有彼此接近的部分和分开的部分。
3.根据权利要求1或2所述的多区域加热器，
所述第1线材部和所述第2线材部分别具有多个弯曲部。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多区域加热器，
在所述陶瓷基体的所述外周部设有多个所述外周部区域。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的多区域加热器，
所述第1线材部和所述第2线材部的每单位长度的电阻值比所述外周部区域加热器的每单位长度的电阻值小。
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