CN113170539A - 陶瓷加热器 - Google Patents

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CN113170539A CN201980077623.XA CN201980077623A CN113170539A CN 113170539 A CN113170539 A CN 113170539A CN 201980077623 A CN201980077623 A CN 201980077623A CN 113170539 A CN113170539 A CN 113170539A
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Abstract

陶瓷加热器10具备陶瓷板20、主电阻发热体22和副电阻发热体23、25。主电阻发热体22是在陶瓷板20的内部设置于与晶片载置面20a平行的第一面P1上的线圈状的发热体。副电阻发热体23、25在陶瓷板20的内部设置于与第一面P1平行且位于第一面P1与晶片载置面20a之间的第二面P2上，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
本发明涉及一种陶瓷加热器。
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，已知有所谓的双区加热器。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相同平面，对各电阻发热体分别独立地施加电压，由此独立地控制由各电阻发热体的发热。各电阻发热体是由钨等高熔点金属构成的线圈。
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，由于各电阻发热体为线圈，因此需要以相邻的线圈彼此不短路的方式隔开间隔。另外，在陶瓷加热器中设置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，存在无法得到充分的均热性的问题。
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。
用于解决课题的方法
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设置于与所述晶片载置面平行的第一面内；以及
二维形状的副电阻发热体，其在所述陶瓷板的内部设置于与所述第一面平行的第二面，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，利用设置于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，因此在进行布线时存在制约。因此，仅通过基于主电阻发热体的加热难以进行温度的微调整。在本发明中，在陶瓷板的内部，在与设置有主电阻发热体的第一面平行的第二面上设置有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，能够进行自由度高的布线(例如使线宽变细或使线间距变窄而高密度地布线等)。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，从而对温度进行微调整。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。
另外，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。“平行”除了完全平行的情况以外，还包括实质上平行的情况(例如落入公差的范围的情况等)。
在本发明的陶瓷加热器中，所述第二面也可以位于所述第一面与所述晶片载置面之间。这样一来，基于副电阻发热体的加热容易反映在晶片载置面的温度上，因此容易对晶片载置面的温度进行微调整。
在本发明的陶瓷加热器中，所述副电阻发热体也可以含有陶瓷。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，所述主电阻发热体设置于所述第一面内的m个(m为1以上的整数)区域的各个区域，所述副电阻发热体设置于所述第二面内的n个(n为大于m的整数)区域的各个区域。这样一来，能够针对每个区域单独地调整温度，因此容易对晶片载置面的温度进行微调整。特别是，由于在被分为比第一面更多的区域的第二面的各个区域分别设置有适于温度微调整的副电阻发热体，因此容易对晶片载置面的温度进行微调整。
在本发明的陶瓷加热器中，所述副电阻发热体也可以分割为扇形。这样一来，能够改善陶瓷板在周向上的均热性，能够进行更细致的温度控制。
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相比更靠近孔。这样一来，对于仅利用基于主电阻发热体的加热时温度容易变低的孔的周围，能够利用基于副电阻发热体的加热来进行补充，从而对温度进行微调整。
在本发明的陶瓷加热器中，也可以是，在俯视所述晶片载置面时，所述副电阻发热体配置在与所述主电阻发热体的端子重叠的位置。这样一来，对于容易成为低温的主电阻发热体的端子的正上方附近，能够利用基于副电阻发热体的加热来进行补充，从而对温度进行微调。
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在第一面P1切断并从上方观察时的剖视图。
图4是将陶瓷板20在第二面P2切断并从上方观察时的剖视图。
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的纵剖视图(用包含中心轴的面切断陶瓷加热器10时的剖视图)。图3是将陶瓷板20在第一面P1切断并从上方观察时的剖视图，图4是将陶瓷板20在第二面P2切断并从上方观察时的剖视图。需要说明的是，在图3、图4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：圆盘状的陶瓷板20，其具有晶片载置面20a；以及筒状轴40，其以与陶瓷板20成为同轴的方式接合于陶瓷板20的与晶片载置面20a相反一侧的面(背面)20b。
陶瓷板20是由氮化铝、氧化铝等所代表的陶瓷材料构成的圆盘状的板。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上通过模压加工设置有未图示的细小的凹凸。陶瓷板20具有与晶片载置面20a平行的假想的第一面P1和与第一面P1平行的假想的第二面P2。第二面P2位于第一面P1与晶片载置面20a之间。陶瓷板20的第二面P2通过与陶瓷板20呈同心圆状的假想边界20c(参照图4)被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的第一面P1设置有主电阻发热体22。在陶瓷板20的第二面P2，在内周侧区域Z1设置有内周侧副电阻发热体23，在外周侧区域Z2设置有外周侧副电阻发热体25。这样，主电阻发热体22和副电阻发热体23、25埋设在陶瓷板20内。
如图3、4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。供给至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。另外，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。顶针起到顶起载置于晶片载置面20a的晶片W的作用。在本实施方式中，顶针孔28在同一圆周上以成为等间隔的方式设置有多个(在此为3个)。
如图3所示，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中被筒状轴40包围的区域)的一对端子22a、22b的一方出发，以一笔画的要领在多个折回部折回并在第一面P1的大致整个区域布线后，到达一对端子22a、22b的另一方。主电阻发热体22具有绕过气孔26、顶针孔28的弯曲部22p。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、铪以及它们的合金等。作为高熔点金属的碳化物，例如可举出碳化钨、碳化钼等。主电阻发热体22由于是线圈，因此相邻的线圈彼此的间隔被设定得较宽，以避免短路。
如图4所示，内周侧副电阻发热体23形成为：从配设于陶瓷板20的中央部的一对端子23a、23b的一方出发，以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后到达一对端子23a、23b的另一方。在俯视晶片载置面20a时，内周侧副电阻发热体23配置在与主电阻发热体22的端子22a、22b重叠的位置。如图4所示，外周侧副电阻发热体25形成为：从配设于陶瓷板20的中央部的一对端子25a、25b的一方出发，以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25a、25b的另一方。内周侧副电阻发热体23及外周侧副电阻发热体25是高熔点金属或其碳化物的带(平坦且细长的形状)，通过印刷高熔点金属或其碳化物的糊剂而形成。因此，副电阻发热体23、25能够实现自由度高的布线。具体而言，副电阻发热体23、25的带的线宽形成得比主电阻发热体22的线圈直径小。另外，副电阻发热体23、25以相邻的带之间的间隔比主电阻发热体22的相邻的线圈彼此的间隔窄的方式进行布线。另外，副电阻发热体23、25以折回部23c彼此相对的部分、折回部25c彼此相对的部分的间隔比主电阻发热体22的折回部22c彼此相对的部分的间隔窄的方式进行布线。另外，副电阻发热体23、25与主电阻发热体22相比被布线至气孔26、顶针孔28的附近。
筒状轴40与陶瓷板20同样地由氮化铝、氧化铝等陶瓷形成。筒状轴的内径例如为40mm左右，外径例如为60mm左右。该筒状轴40的上端扩散接合于陶瓷板20。在筒状轴40的内部配置有分别与主电阻发热体22的一对端子22a、22b连接的供电棒42a、42b。另外，在筒状轴40的内部配置有分别与内周侧副电阻发热体23的一对端子23a、23b连接的供电棒43a、43b、分别与外周侧副电阻发热体25的一对端子25a、25b连接的供电棒45a、45b。供电棒42a、42b与主电阻用电源32连接，供电棒43a、43b与副电阻用第一电源33连接，供电棒45a、45b与副电阻用第二电源35连接。需要说明的是，虽然未图示，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，通过电源32、33、35调整向电阻发热体22、23、25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，并且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的温度成为期望的温度的方式进行控制。此时，主电阻发热体22由于由线圈形成，因此用于大致将各区域Z1、Z2的温度控制为各目标温度。另外，内周侧及外周侧副电阻发热体23、25由于由比线圈高密度地布线的带形成，因此用于微调整以使各区域Z1、Z2的温度成为各目标温度。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是带状，因此能够通过印刷来制作，能够缩小线宽、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的加热进行补充而对温度进行微调整。因此，即使在使用线圈作为主电阻发热体22的情况下，也能够得到充分的均热性。
另外，主电阻发热体22由于是线圈，因此在布线时存在制约。其原因是，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，由于线圈在陶瓷粉末内移动，因此需要考虑该情况而布线线圈。因此，例如，主电阻发热体22需要将相邻的线圈彼此的间隔、折回部22c彼此相对的部分的间隔布线得较宽。另外，例如，主电阻发热体22需要绕过气孔26、顶针孔28进行布线。因此，在相邻的线圈彼此之间的部分、折回部22c彼此相对的部分、孔26、28的周围等，与其他部分相比温度容易变低，难以进行温度的微调整。在此，布线自由度比线圈高的作为带的副电阻发热体23、25以线间距比主电阻发热体22窄的方式进行布线，布线至孔26、28的附近。因此，对于基于主电阻发热体22的加热时温度容易降低的部分，能够利用基于副电阻发热体23、25的加热进行补充等，从而对温度进行微调整。需要说明的是，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，因此带彼此的间隔能够设为0.3mm左右。
而且，由于主电阻发热体22和副电阻发热体23、25分别设置于陶瓷板的内部中的不同的面P1、P2，因此与将两者设置于相同面内的情况相比，能够进一步提高副电阻发热体23、25的布线自由度。因此，容易对晶片载置面20a的温度进行微调整。在此，主电阻发热体22一般是发热量比带状的电阻发热体多的线圈状的电阻发热体，副电阻发热体23、25是厚度比线圈状的电阻发热体薄的带状电阻发热体。因此，与两者为线圈状的情况相比，能够使电阻发热体的厚度变薄，进而能够使陶瓷板20的厚度变薄。另外，与两者为带状的情况相比，容易增大发热量，适合于陶瓷加热器10的高温化。
而且，设置有副电阻发热体23、25的第二面P2位于设置有主电阻发热体22的第一面P1与晶片载置面20a之间，因此基于副电阻发热体23、25的加热容易反映在晶片载置面20a的温度上。因此，容易对晶片载置面20a的温度进行微调整。
而且，由于副电阻发热体23、25分别设置于第二面P2内的2个区域Z1、Z2，因此能够针对每个区域单独地调整温度。特别是，由于在被分为比第一面P1多的区域的第二面P2的区域Z1、Z2分别设置有适于对温度进行微调整的副电阻发热体23、25，因此容易对晶片载置面20a的温度进行微调整。由于副电阻发热体23、25的布线自由度高，因此适合于多区域化。
而且，由于在俯视晶片载置面20a时，内周侧副电阻发热体23配置在与主电阻发热体22的端子22a、22b重叠的位置，因此对于容易成为低温的主电阻发热体22的端子22a、22b的正上方附近，能够利用基于内周侧副电阻发热体23的加热进行补充，从而对温度进行微调整。
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，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，则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。
上述实施方式的副电阻发热体23、25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时的糊剂中含有陶瓷。由此，能够使副电阻发热体23、25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与陶瓷板20的接合强度。
在上述的实施方式中，第二面P2位于第一面P1与晶片载置面20a之间，但第二面P2也可以位于第一面P1与陶瓷板20的背面20b之间。
在上述的实施方式中，使副电阻发热体23、25的带彼此的间隔比主电阻发热体22的线圈彼此的间隔窄，但只要能够通过基于副电阻发热体23、25的加热对基于主电阻发热体22的加热进行补充，就可以以任意方式进行布线。例如，也可以使副电阻发热体23、25的带彼此的间隔为与主电阻发热体22的线圈彼此的间隔相同的程度，并在与主电阻发热体22的线圈彼此之间对应的部分布线副电阻发热体23、25。另外，虽然使副电阻发热体23、25的带的线宽比主电阻发热体22的线圈直径细，但也可以设为与主电阻发热体22的线圈直径相等或在其以上。
在上述的实施方式中，也可以在陶瓷板20中内置静电电极。在该情况下，通过在将晶片W载置于晶片载置面20a之后对静电电极施加电压，从而能够将晶片W静电吸附于晶片载置面20a。或者，也可以在陶瓷板20中内置RF电极。在该情况下，在晶片载置面20a的上方隔开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。
在上述的实施方式中，将第二面P2的外周侧区域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，在每个小区域布线电阻发热体。小区域可以通过用与陶瓷板20呈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后的形状)。通过这样分割成扇形，能够改善陶瓷板20在周向上的均热性，能够进行更细致的温度控制。
在上述的实施方式中，将第二面P2的内周侧区域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，在每个小区域布线电阻发热体。小区域可以通过用与陶瓷板20呈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(将圆锥的侧面展开后的形状)。
在上述的实施方式中，第二面P2被分割为圆形的内周侧区域Z1和环状的外周侧区域Z2，但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第二面P2而形成为扇形(将圆锥的侧面展开后的形状)。
在上述的实施方式中，将第一面P1作为1个区域进行了说明，但也可以分割为2个以上的小区域。在该情况下，在每个小区域布线主电阻发热体。分割为多个小区域的方法从在第二面P2中进行了说明的分割方法中适当选择即可。在该情况下，第二面P2优选分割为比第一面P1的区域数多的区域数。这样一来，容易利用副电阻发热体对晶片载置面的温度进行微调整。
本申请将2019年1月25日申请的日本专利申请第2019-011302号作为优先权主张的基础，通过引用将其全部内容包含在本说明书中。
产业上的利用可能性
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：主电阻发热体，22a、22b：端子，22c：折回部，22p：弯曲部，23：内周侧副电阻发热体，23a、23b：端子，23c：折回部，25：外周侧副电阻发热体，25a、25b：端子，25c：折回部，26：气孔，28：顶针孔，32：主电阻用电源，33：副电阻用第一电源，35：副电阻用第二电源，40：筒状轴，42a、42b：供电棒，43a、43b：供电棒，45a、45b：供电棒，W：晶片，Z1：内周侧区域，Z2：外周侧区域。

Claims (7)

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设置于与所述晶片载置面平行的第一面内；以及
二维形状的副电阻发热体，其在所述陶瓷板的内部设置于与所述第一面平行的第二面，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，所述第二面位于所述第一面与所述晶片载置面之间。
3.根据权利要求1或2所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体含有陶瓷。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的陶瓷加热器，所述主电阻发热体分别设置在所述第一面内的m个区域中，m为1以上的整数，
所述副电阻发热体分别设置在所述第二面内的n个区域中，n为大于m的整数。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体被分割成扇形。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的陶瓷加热器，所述副电阻发热体与所述主电阻发热体相比更靠近孔。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的陶瓷加热器，在俯视所述晶片载置面时，所述副电阻发热体配置在与所述主电阻发热体的端子重叠的位置。
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