CN113056961A - 陶瓷加热器 - Google Patents

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Abstract

陶瓷加热器(10)具备陶瓷板(20)、主电阻发热体(22)以及副电阻发热体(24)。主电阻发热体(22)设置在陶瓷板(20)的内部，是从一对主端子(22a、22b)中的一方起按一笔画的要领进行布线后到达一对主端子(22a、22b)中的另一方的线圈。副电阻发热体(24)设置在陶瓷板(20)的内部，是对基于主电阻发热体(22)的加热进行补充的二维形状的发热体。

Description

陶瓷加热器
技术领域
本发明涉及陶瓷加热器。
背景技术
在半导体制造装置中，采用用于对晶片进行加热的陶瓷加热器。作为这样的陶瓷加热器，已知所谓的双区加热器。作为这种双区加热器，已知如专利文献1所公开的那样，在陶瓷基体中，将内周侧电阻发热体和外周侧电阻发热体埋设于同一平面，对各电阻发热体分别独立地施加电压，由此独立地控制来自各电阻发热体的发热。各电阻发热体是由钨等高熔点金属形成的线圈。
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
然而，在专利文献1中，由于各电阻发热体是线圈，因此需要为了防止相邻的线圈彼此短路而隔开间隔。此外，陶瓷加热器中设有沿上下方向贯通陶瓷板的气孔、顶针孔，但各电阻发热体需要绕过这样的孔。因此，存在无法获得充分的均热性这样的问题。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，其主要目的在于，即使在使用线圈作为主电阻发热体的情况下，也能够得到充分的均热性。
用于解决课题的方案
本发明的陶瓷加热器具备：
具有晶片载置面的陶瓷板；
线圈状的主电阻发热体，其在所述陶瓷板的内部与所述晶片载置面平行地设置，从一对主端子中的一方起按一笔画的要领进行布线后到达所述一对主端子中的另一方；以及
二维形状的副电阻发热体，其设置在所述陶瓷板的内部，对基于所述主电阻发热体的加热进行补充。
在该陶瓷加热器中，利用设置在陶瓷板内部的线圈状的主电阻发热体，对载置于晶片载置面的晶片进行加热。主电阻发热体由于是线圈，因此在布线时存在制约。因此，仅通过基于主电阻发热体的加热，容易产生温度特异性变低的部位即温度特异点。在本发明中，在陶瓷板的内部设置有对温度特异点进行加热的二维形状的副电阻发热体。该副电阻发热体由于是二维形状，因此能够通过印刷来制作，能够实现自由度高的布线(例如减小线间距离而高密度地进行布线等)。因此，副电阻发热体能够对基于线圈状的主电阻发热体的加热进行补充。因此，即使在使用线圈作为主电阻发热体的情况下，也能够得到充分的均热性。
需要说明的是，主电阻发热体和副电阻发热体可以由相同的材料形成，也可以由不同的材料形成。所谓“平行”，除了完全平行的情况以外，还包括实质上平行的情况(例如落入公差范围的情况等)。副电阻发热体可以设置在与主电阻发热体相同平面上，也可以设置在不同的平面上。所谓“相同”，除了完全相同的情况以外，还包括实质上相同的情况(例如落入公差范围的情况等)。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，所述陶瓷板具有沿上下方向贯通的孔，所述副电阻发热体设置于所述孔的周围。主电阻发热体以绕过设置于陶瓷板的沿上下方向贯通的孔的方式布线。因此，孔的周围容易成为温度特异点。在此，由于在该孔的周围设置有副电阻发热体，因此能够防止该孔的周围成为温度特异点。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，所述主电阻发热体形成为从所述一对主端子的一方起，在多个折回部折回并到达所述一对主端子中的另一方，所述副电阻发热体设置在所述主电阻发热体的所述折回部彼此相对的部分。由于主电阻发热体的折回部彼此相对的部分不存在主电阻发热体，因此容易成为温度特异点。在此，由于在这样的部分设置有副电阻发热体，因此能够防止这样的部分成为温度特异点。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，所述副电阻发热体设置于所述主电阻发热体的布线彼此的间隔。考虑到绝缘，主电阻发热体的布线彼此的间隔成为比较大的间隙，因此容易成为温度特异点。在此，由于在该间隙设置有副电阻发热体，因此能够防止该间隙成为温度特异点。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，所述副电阻发热体与所述主电阻发热体形成并联电路。这样一来，不需要在副电阻发热体设置专用的端子。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，所述副电阻发热体从一对副端子中的一方起按一笔画的要领进行布线后到达所述一对副端子中的另一方。这样一来，能够分别独立地控制基于主电阻发热体的加热和基于副电阻发热体的加热。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，所述副电阻发热体含有陶瓷。通过含有陶瓷，能够使副电阻发热体的热膨胀系数接近陶瓷板的热膨胀系数，并且能够提高副电阻发热体与陶瓷板的接合强度。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，所述副电阻发热体以将所述主电阻发热体的弯曲部桥接的方式设置，所述弯曲部的线圈卷绕间距比所述弯曲部的外侧的线圈卷绕间距小。这样一来，由于弯曲部的线圈卷绕间距比该弯曲部的外侧的线圈卷绕间距小，因此弯曲部的发热量变多。因此，能够改善因弯曲部与副电阻发热体并列设置而导致的弯曲部的发热量的降低。
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的纵剖视图。
图3是将陶瓷板20沿着电阻发热体22、24水平地切断并从上方观察时的剖视图。
图4是将陶瓷板120沿着电阻发热体122、123水平地切断并从上方观察时的剖视图。
图5是表示陶瓷板120的另一例的剖视图。
图6是将陶瓷板220沿着电阻发热体222、223水平地切断并从上方观察时的剖视图。
图7是表示陶瓷板220的另一例的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。图1是第一实施方式的陶瓷加热器10的立体图，图2是陶瓷加热器10的纵剖视图(将陶瓷加热器10用包含中心轴的面切断时的剖视图)，图3是陶瓷板20的沿着电阻发热体22、24水平地切断并从上方观察时的剖视图。图3表示实质上从晶片载置面20a观察陶瓷板20时的情况。需要说明的是，在图3中，省略了表示切断面的剖面线。
陶瓷加热器10用于对要实施蚀刻、CVD等处理的晶片进行加热，设置在未图示的真空腔内。该陶瓷加热器10具备：具有晶片载置面20a的圆盘状的陶瓷板20；以及筒状轴40，其以成为与陶瓷板20同轴的方式接合于陶瓷板20的与晶片载置面20a相反侧的面(背面)20b。
陶瓷板20是由以氮化铝、氧化铝等为代表的陶瓷材料形成的圆盘状的板。陶瓷板20的直径例如为300mm左右。在陶瓷板20的晶片载置面20a，通过模压加工而设置有未图示的细微的凹凸。陶瓷板20通过与陶瓷板20为同心圆的假想边界20c(参照图3)分为小圆形的内周侧区域Z1和圆环状的外周侧区域Z2。假想边界20c的直径例如为200mm左右。在陶瓷板20的内周侧区域Z1埋设有内周侧主电阻发热体22和内周侧副电阻发热体23，在外周侧区域Z2埋设有外周侧主电阻发热体24和外周侧副电阻发热体25。各电阻发热体22～25设置在与晶片载置面20a平行的相同平面上。
如图3所示，陶瓷板20具备多个气孔26。气孔26从陶瓷板20的背面20b贯通至晶片载置面20a，向在设置于晶片载置面20a的凹凸与载置于晶片载置面20a的晶片W之间产生的间隙供给气体。供给到该间隙的气体起到使晶片载置面20a与晶片W的热传导良好的作用。此外，陶瓷板20具备多个顶针孔28。顶针孔28从陶瓷板20的背面20b贯通至晶片载置面20a，用于插通未图示的顶针。顶针起到将载置于晶片载置面20a的晶片W顶起的作用。在本实施方式中，顶针孔28在同一圆周上等间隔地设置有3个。
如图3所示，内周侧主电阻发热体22形成为：从配设于陶瓷板20的中央部(陶瓷板20的背面20b中的由筒状轴40包围的区域)的一对主端子22a、22b的一方出发，按一笔画的要领在多个折回部折回并在内周侧区域Z1的大致整个区域布线之后，到达一对主端子22a、22b中的另一方。内周侧主电阻发热体22以绕过顶针孔28的方式设置。内周侧主电阻发热体22是以高熔点金属或其碳化物为主成分的线圈。作为高熔点金属，例如可举出钨、钼、钽、铂、铼、铪及它们的合金等。作为高熔点金属的碳化物，例如可举出碳化钨、碳化钼等。在内周侧区域Z1，除了内周侧主电阻发热体22之外，还在顶针孔28的周围设置有内周侧副电阻发热体23(参照图3的左下框)。在顶针孔28的周围具有内周侧主电阻发热体22中接近顶针孔28的弯曲部22p。由位于该弯曲部22p外侧的内周侧主电阻发热体22和弯曲部22p包围的阴影区域A1比其他区域宽，因此容易成为温度特异点。因此，以将该弯曲部22p直线地桥接的方式设置有带状(平坦且细长的形状)的内周侧副电阻发热体23。桥接点间的内周侧副电阻发热体23的电阻没有特别限定，例如可以设为桥接点间的内周侧主电阻发热体22(即弯曲部22p)的电阻的10倍～100倍。内周侧副电阻发热体23的电阻能够通过内周侧电阻发热体23的材料、截面积的大小、桥接点间的长度等来调整。该内周侧副电阻发热体23与内周侧主电阻发热体22构成并联电路。内周侧副电阻发热体23能够通过印刷高熔点金属或其碳化物的糊剂而形成。需要说明的是，在图3的左下框中，示出了将1个顶针孔28的周围放大的图，但在其他顶针孔28的周围也同样地形成有内周侧副电阻发热体23。此外，在由于并列设置弯曲部22p和内周侧副电阻发热体23而导致的弯曲部22p的发热量降低成为问题的情况下，能够通过使弯曲部22p的线圈卷绕间距小于弯曲部22p外侧的线圈卷绕间距以使弯曲部22p的发热量变多，从而进行改善。
如图3所示，外周侧主电阻发热体24形成为：从配设于陶瓷板20的中央部的一对端子24a、24b的一方出发，按一笔画的要领在多个折回部折回并在外周侧区域Z2的大致整个区域布线后，到达一对端子24a、24b的另一方。外周侧主电阻发热体24以绕过气孔26的方式设置。外周侧主电阻发热体24是以高熔点金属或其碳化物为主成分的线圈。其中，从端子24a、24b到外周侧区域Z2的区间由高熔点金属或其碳化物的引线形成。在外周侧区域Z2，除了外周侧主电阻发热体24以外，还在气孔26的周围设置有外周侧副电阻发热体25(参照图3的右下框)。在气孔26的周围具有外周侧主电阻发热体24中绕过气孔26的弯曲部24p。由彼此相对的2个弯曲部24p包围的阴影区域A2容易成为温度特异点。因此，以将该弯曲部24p直线地桥接的方式设置有带状的外周侧副电阻发热体25。桥接点间的外周侧副电阻发热体25的电阻没有特别限定，例如可以设为桥接点间的外周侧主电阻发热体24(即弯曲部24p)的电阻的10倍～100倍。外周侧副电阻发热体25的电阻能够根据外周侧电阻发热体24的材料、截面积的大小、桥接点间的长度等进行调整。该外周侧副电阻发热体25与外周侧主电阻发热体24构成并联电路。外周侧副电阻发热体25能够通过印刷高熔点金属或其碳化物的糊剂而形成。需要说明的是，在图3的右下框中，示出了将1个气孔26的周围放大的图，但在其他气孔26的周围也同样地形成有外周侧副电阻发热体25。此外，在由于将弯曲部24p与外周侧副电阻发热体25并列设置而导致的弯曲部24p的发热量降低成为问题的情况下，能够通过使弯曲部24p的线圈卷绕间距小于弯曲部24p的外侧的线圈卷绕间距以使弯曲部24p的发热量变多，从而进行改善。
筒状轴40与陶瓷板20同样由氮化铝、氧化铝等陶瓷形成。筒状轴40的内径例如为40mm左右，外径例如为60mm左右。该筒状轴40的上端与陶瓷板20扩散接合。在筒状轴40的内部设置有：与内周侧主电阻发热体22的一对主端子22a、22b分别连接的供电棒42a、42b；与外周侧主电阻发热体24的一对端子24a、24b分别连接的供电棒44a、44b。供电棒42a、42b与第一电源32连接，供电棒44a、44b与第二电源34连接。因此，能够对由内周侧主电阻发热体22及与其并联连接的内周侧副电阻发热体23加热的内周侧区域Z1、和由外周侧主电阻发热体24及与其并联连接的外周侧副电阻发热体25加热的外周侧区域Z2分别进行温度控制。需要说明的是，虽未图示，但向气孔26供给气体的气体供给管、插通于顶针孔28的顶针也配置在筒状轴40的内部。
接着，对陶瓷加热器10的使用例进行说明。首先，在未图示的真空腔内设置陶瓷加热器10，在该陶瓷加热器10的晶片载置面20a上载置晶片W。并且，通过第一电源32调整向内周侧主电阻发热体22和内周侧副电阻发热体23供给的电力，以使由未图示的内周侧热电偶检测出的内周侧区域Z1的温度成为预先确定的内周侧目标温度。与此同时，通过第二电源34调整向外周侧主电阻发热体24及外周侧副电阻发热体25供给的电力，以使由未图示的外周侧热电偶检测出的外周侧区域Z2的温度成为预先确定的外周侧目标温度。由此，以晶片W的温度成为所希望的温度的方式进行控制。然后，将真空腔内设定为真空气氛或减压气氛，在真空腔内产生等离子体，利用该等离子体对晶片W实施CVD成膜或实施蚀刻。
在以上说明的本实施方式的陶瓷加热器10中，由于副电阻发热体23、25为带状，因此能够通过印刷来制作，能够减小线宽、线间距，能够进行自由度高的布线。因此，副电阻发热体23、25能够对基于线圈状的主电阻发热体22、24的加热进行补充。因此，即使在使用线圈作为主电阻发热体22、24的情况下，也能够得到充分的均热性。
另外，由于主电阻发热体22、24为线圈，因而布线时存在制约。例如，主电阻发热体22、24需要绕过气孔26、顶针孔28而进行布线。因此，孔26、28的周围容易成为温度特异点。在此，由于在这样的孔26、28的周围设置有副电阻发热体23、25，因此能够防止孔26、28的周围成为温度特异点。
而且，内周侧副电阻发热体23与内周侧主电阻发热体22形成并联电路，外周侧副电阻发热体25与外周侧主电阻发热体24形成并联电路。因此，不需要在副电阻发热体23、25设置专用的端子。
需要说明的是，不言而喻，本发明不受上述实施方式的任何限定，只要属于本发明的技术范围，就能够以各种方式实施。
例如，也可以代替上述实施方式的陶瓷板20而采用图4所示的陶瓷板120。图4是将陶瓷板120沿着电阻发热体122、123水平地切断并从上方观察时的剖视图(省略了表示切断面的剖面线)。在陶瓷板120中埋设有主电阻发热体122和副电阻发热体123。主电阻发热体122形成为：从一对主端子122a、122b中的一方出发，按一笔画的要领在多个折回部122c折回并在晶片载置面的大致整个区域布线之后，到达一对主端子122a、122b中的另一方。主电阻发热体122以绕过顶针孔28、气孔26的方式设置。主电阻发热体122是以高熔点金属或其碳化物为主成分的线圈。副电阻发热体123形成为：从设置于中央部的一对副端子123a、123b中的一方出发，以穿过主电阻发热体122的折回部122c彼此相对的部分的方式布线后，到达一对副端子123a、123b中的另一方。副电阻发热体123是以高熔点金属或其碳化物为主成分的带，通过印刷糊剂而形成。
在图4中，由于主电阻发热体122是线圈，因此折回部122c彼此相对的部分比较宽，容易成为温度特异点。在制作陶瓷加热器10时，有时在将线圈埋设于陶瓷粉末后进行烧成。在该情况下，有时线圈在陶瓷粉末内移动，因此考虑到这一点而将折回部122c彼此的距离设定得比较宽。在此，在折回部122c彼此相对的部分通过印刷设置有作为带的副电阻发热体123。折回部122c彼此的间隔通常需要1mm左右。与此相对，由于能够通过印刷来制作带，因此带彼此的间隔能够设为0.3mm左右。因此，能够在折回部122c彼此相对的部分设置副电阻发热体123，能够防止该部分成为温度特异点。此外，如果将主电阻发热体122的一对主端子122a、122b连接于第一电源，将副电阻发热体123的一对副端子123a、123b连接于与第一电源不同的第二电源，则能够分别独立地控制基于主电阻发热体122的加热和基于副电阻发热体123的加热。
需要说明的是，如图5所示，在陶瓷板120中，副电阻发热体123也可以形成为从一对主端子122a、122b中的一方到达另一方。即，也可以使副电阻发热体123与主电阻发热体122形成并联电路。这样一来，无需在副电阻发热体123设置专用的端子。
在图4以及图5中，也可以与上述实施方式同样地，在顶针孔28的周围、气孔26的周围设置副电阻发热体23、25。
上述实施方式的副电阻发热体23、25、图4及图5的副电阻发热体123、图6及图7的副电阻发热体223也可以含有陶瓷。例如，也可以使通过印刷形成副电阻发热体23、25、123、223时的糊剂中含有陶瓷。通过这样操作，能够使副电阻发热体23、25、123、223的热膨胀系数接近陶瓷板20的热膨胀系数，并且能够提高副电阻发热体23、25、123、223与陶瓷板20的接合强度。
也可以代替上述的实施方式的陶瓷板20而采用图6所示的陶瓷板220。图6是将陶瓷板220沿着电阻发热体222、223水平地切断并从上方观察时的剖视图(省略了表示切断面的剖面线)。在陶瓷板220中埋设有主电阻发热体222和副电阻发热体223。主电阻发热体222形成为：从一对主端子222a、222b中的一方出发，按一笔画的要领在多个折回部折回并在晶片载置面的大致整个区域布线之后，到达一对主端子222a、222b中的另一方。主电阻发热体222以绕过顶针孔28、气孔26的方式设置。主电阻发热体222是以高熔点金属或其碳化物为主成分的线圈。副电阻发热体223形成为：从一对副端子223a、223b中的一方出发，沿着主电阻发热体222布线后，到达一对副端子223a、223b中的另一方。副电阻发热体223是以高熔点金属或其碳化物为主成分的带，通过印刷糊剂而形成。
在图6中，由于主电阻发热体222是线圈，因此线圈彼此的间隔比较宽，容易成为温度特异点。在此，在线圈彼此的间隔中通过印刷设置有作为带的副电阻发热体223。线圈彼此的间隔通常需要1mm左右。与此相对，由于能够通过印刷来制作带，因此带彼此的间隔能够设为0.3mm左右。因此，能够在线圈彼此的间隔中设置副电阻发热体223，能够防止该部分成为温度特异点。此外，如果将主电阻发热体222的一对主端子222a、222b连接于第一电源，将副电阻发热体223的一对副端子223a、223b连接于与第一电源不同的第二电源，则能够分别独立地控制基于主电阻发热体222的加热和基于副电阻发热体223的加热。
需要说明的是，如图7所示，在陶瓷板220中，副电阻发热体223也可以形成为从一对主端子222a、222b中的一方到达另一方。即，也可以使副电阻发热体223与主电阻发热体222形成并联电路。这样一来，无需在副电阻发热体223设置专用的端子。
在上述的实施方式中，将副电阻发热体23、25设为带，但并不特别限定于此，只要是二维形状，就可以采用任意的形状。如果是二维形状，则能够通过印刷糊剂来制作，因此能够容易地使副电阻发热体23、25变细，能够高密度地进行布线。
在上述实施方式中，也可以在陶瓷板20内置静电电极。在该情况下，通过在将晶片W载置在晶片载置面20a上后对静电电极施加电压，从而能够将晶片W静电吸附在晶片载置面20a上。或者，也可以在陶瓷板20内置RF电极。在该情况下，在晶片载置面20a的上方隔着空间配置未图示的喷头，向由喷头和RF电极构成的平行平板电极间供给高频电力。由此，能够产生等离子体，利用该等离子体对晶片W实施CVD成膜或实施蚀刻。需要说明的是，也可以将静电电极兼用作RF电极。这一点对于图4～图7的陶瓷板120、220也是同样的。
在上述实施方式中，将外周侧区域Z2作为1个区域进行了说明，但也可以分割为多个小区域。在该情况下，电阻发热体在每个小区域中独立地布线。小区域可以通过用与陶瓷板20为同心圆的边界线分割外周侧区域Z2而形成为环状，也可以通过用从陶瓷板20的中心呈放射状延伸的线段分割外周侧区域Z2而形成为扇形(将圆锥台的侧面展开的形状)。
在上述的实施方式中，将内周侧区域Z1作为1个区域进行了说明，但也可以分割为多个小区域。在该情况下，电阻发热体在每个小区域中独立地布线。小区域可以通过用与陶瓷板20为同心圆的边界线分割内周侧区域Z1而形成为环状和圆形状，也可以通过用从陶瓷板20的中心呈放射状延伸的线段分割内周侧区域Z1而形成为扇形(将圆锥的侧面展开的形状)。
本申请将在2019年1月25日申请的日本专利申请第2019-011300号作为优先权主张的基础，通过引用将其内容全部包含在本说明书中。
产业上的可利用性
本发明能够用于半导体制造装置。
符号说明
10：陶瓷加热器，20：陶瓷板，20a：晶片载置面，20b：背面，20c：假想边界，22：内周侧主电阻发热体，22a、22b：主端子，22p：弯曲部，23：内周侧副电阻发热体，24：外周侧主电阻发热体，24a、24b：端子，24p：弯曲部，25：外周侧副电阻发热体，26：气孔，28：顶针孔，32：第一电源，34：第二电源，40：筒状轴，42a、42b：供电棒，44a、44b：供电棒，120：陶瓷板，122：主电阻发热体，122a、122b：主端子，122c：折回部，123：副电阻发热体，123a、123b：副端子，220：陶瓷板，222：主电阻发热体，222a、222b：主端子，223：副电阻发热体，223a、223b：副端子，W：晶片，Z1：内周侧区域，Z2：外周侧区域。

Claims (8)

1.一种陶瓷加热器，具备：
具有晶片载置面的陶瓷板；
线圈状的主电阻发热体，其在所述陶瓷板的内部与所述晶片载置面平行地设置，从一对主端子中的一方起按一笔画的要领进行布线后到达所述一对主端子中的另一方；以及
二维形状的副电阻发热体，其设置在所述陶瓷板的内部，对基于所述主电阻发热体的加热进行补充。
2.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，所述陶瓷板具有在上下方向上贯通的孔，所述副电阻发热体设置在所述孔的周围。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，所述主电阻发热体形成为从所述一对主端子中的一方起在多个折回部折回并到达所述一对主端子中的另一方，
所述副电阻发热体设置在所述主电阻发热体的所述折回部彼此相对的部分。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体设置在所述主电阻发热体的布线彼此的间隔中。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体与所述主电阻发热体形成并联电路。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体从一对副端子中的一方起按一笔画的要领进行布线后到达所述一对副端子中的另一方。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体含有陶瓷。
8.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体以将所述主电阻发热体的弯曲部桥接的方式设置，
所述弯曲部的线圈卷绕间距比所述弯曲部的外侧的线圈卷绕间距小。
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