CN116321554A - 陶瓷加热器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种陶瓷加热器，属于半导体设备制造技术领域，所述的陶瓷加热器，包括：具有晶圆载置面的陶瓷板；主发热体，所述主发热体设于陶瓷板内部；辅助发热体，所述辅助发热体设于陶瓷板的侧面，且所述辅助发热体独立于所述主发热体；本申请在陶瓷板的侧面设置独立于主发热体的辅助发热体，可以有效降低陶瓷板承载面上中间区域与边缘区域的热量偏差，极大提高了晶圆整体受热均匀性，当对承载加热面上的晶圆进行加热时，如果陶瓷板边缘区域因热量耗散较大而导致晶圆接收到的热量在其边缘区域明显小于中间区域，辅助发热体工作产热，有效的抑制陶瓷板边缘区域的热量耗散，从而使晶圆整体受热均匀。

Description

陶瓷加热器

技术领域

本申请涉及半导体设备制造技术领域，具体涉及一种陶瓷加热器。

背景技术

半导体芯片生产制备过程一般是在晶圆上通过光刻、刻蚀、溅射、蒸镀等工序制备出所需的导电图案结构、介电图案结构以及绝缘图案结构，然后再对晶圆进行切割成单颗芯片并封装成品，在晶圆的加工过程中，通常需要采用陶瓷加热器来承载并加热晶圆；陶瓷加热器的组成通常包括陶瓷板，内置于陶瓷板内部的发热体，支撑轴，以及向发热体供给电力的供电线；晶圆放置于陶瓷板的承载面上，发热体通电后产热，热量通过陶瓷板传递至晶圆从而加热晶圆。

随着芯片加工精度越来越高，对加工过程中晶圆受热的均匀性提出了更严格的要求。目前的陶瓷加热器中，发热体产生的热量在陶瓷板的中间区域主要朝着承载面方向和承载面相对侧方向传递，而在陶瓷板的边缘区域，除了前述两个方向外，热量还会往陶瓷板的侧面方向传递，使得晶圆的边缘区域和中间区域接收到的热量存在较大偏差，造成晶圆整体受热不均匀，对芯片品质造成不良影响。

CN114585114A公开了一种陶瓷加热器，其通过平行设置与晶片载置面的第一电阻发热体、第二电阻发热体，并在第一电阻发热体的配线彼此之间(大致正中)配置第二电阻发热体的配线。这样，与在从上方观察陶瓷板时将第一电阻发热体及第二电阻发热体的配线以重叠的方式配置的情况相比，更容易得到作为目标的温度分布；但其无法有效降低陶瓷板承载面上中间区域与边缘区域的热量偏差。

因此，如何降低陶瓷板承载面上中间区域与边缘区域的热量偏差成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种陶瓷加热器，通过在陶瓷发热器中的陶瓷板侧面设置独立于主发热体的辅助发热体，从而可以有效降低陶瓷板承载面上中间区域与边缘区域的热量偏差，极大提高了晶圆整体受热均匀性。

为实现上述目的，本申请采取的技术方案为：

一种陶瓷加热器，包括：

具有晶圆载置面的陶瓷板；

主发热体，所述主发热体设于陶瓷板内部；

辅助发热体，所述辅助发热体设于陶瓷板的侧面，且所述辅助发热体独立于所述主发热体。

本申请创造性的在陶瓷板的侧面设置独立于主发热体的辅助发热体，可以有效降低陶瓷板承载面上中间区域与边缘区域的热量偏差，极大提高了晶圆整体受热均匀性，当对承载加热面上的晶圆进行加热时，如果陶瓷板边缘区域因热量耗散较大而导致晶圆接收到的热量在其边缘区域明显小于中间区域，辅助发热体工作产热，有效的抑制陶瓷板边缘区域的热量耗散，从而使晶圆整体受热均匀。

本申请的陶瓷加热器中，所述主发热体包括多个半径不同的圆弧段和多个过渡段，所述圆弧段与所述过渡段交替设置并依次首尾连接，且所述过渡段与圆弧段连接处形成圆角。

现有技术中通常将圆弧段与所述过渡段连接处设置成直角，例如CN108028220A、CN114585114 A，发明人经过大量的研究发现，当圆弧段与所述过渡段连接处设置成直角时，由于陶瓷发热器需要经过长时间反复快速升降温过程，连接点处容易因反复升降温而产生应力集中，从而造成发热体崩裂。

本申请通过将圆弧段与所述过渡段交替设置并依次首尾连接，这样圆弧段被串联起来，所述过渡段与圆弧段连接处形成圆角，能够有效的防止连接处因反复升降温而产生应力集中，进而能够有效的防止发热体崩溃。

本申请的陶瓷加热器中，所述主发热体中半径最小的两个所述圆弧段分别形成第一端口和第二端口，以使电流从第一端口流入并从第二端口流出。

本申请的陶瓷加热器中，所述主发热体中半径最大的圆弧段的半径为R，在2R/3覆盖的区域内，相邻的所述圆弧段之间的距离为S1，在2R/3～R覆盖的区域内，相邻的所述圆弧段之间的距离为S2，所述S1＞S2。

以同心圆形式排布的主发热体中，靠近陶瓷板的中间区域(2R/3覆盖的区域内)，主发热体中相邻两个圆弧段的距离S1大，该区域的产热密度相对低，在靠近陶瓷板的边缘区域(在2R/3～R覆盖的区域内)，主发热体中相邻两圆弧段的距离S2小，该区域的产热密度相对高，从而进一步缩小陶瓷板中间区域与边缘区域的热量差异，使晶圆整体受热更加均匀。

本申请的陶瓷加热器中，所述S1和S2的比值满足：1.2≤S1/S2≤2.8。通过将S1和S2的比值控制在此范围内时，能够进一步缩小陶瓷板中间区域与边缘区域的热量差异，使晶圆整体受热更加均匀。

本申请的陶瓷加热器中，所述辅助发热体以环绕方式设于陶瓷板的侧面，所述辅助发热体的表面覆盖有玻璃层。

本申请通过设置玻璃层，其能够更好地抑制陶瓷边缘区域的热量往陶瓷板侧面方向传递，从而使晶圆整体受热更加均匀。

本申请的陶瓷加热器中，所述陶瓷加热器还包括第一供电线和第二供电线，所述第一供电线与主发热体两端电连接，所述第二供电线与辅助发热体两端电连接。

本申请的陶瓷加热器中，所述陶瓷板下表面设有第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘通过通孔导体与所述主发热体的第一端口电连接，所述第二焊盘通过通孔导体与所述主发热体的第二端口电连接，所述第一供电线通过所述第一焊盘、所述通孔导体与所述主发热体的第一端口电连接，且所述第一供电线通过所述第二焊盘、所述通孔导体与所述主发热体的第二端口电连接。

本申请的陶瓷加热器中，所述陶瓷板下表面设有第三焊盘和第四焊盘，所述第三焊盘通过通孔导体与所述辅助发热体的一端电连接，所述第四焊盘通过通孔导体与所述辅助发热体的另一端电连接；所述第二供电线通过所述第三焊盘、所述通孔导体与所述辅助发热体的一端电连接，且所述第二供电线通过所述第四焊盘、所述通孔导体与所述辅助发热体的另一端电连接。

本申请的陶瓷加热器中，所述陶瓷加热器还包括支撑体，所述支撑体设于陶瓷板下方，所述支撑体为中空筒状结构，所述支撑体内部设有供电电源，所述第一供电线、所述第二供电线分别穿过支撑体的腔体与所述供电电源电连接。

本申请的有益效果在于：(1)本申请在陶瓷板的侧面设置独立于主发热体的辅助发热体，可以有效降低陶瓷板承载面上中间区域与边缘区域的热量偏差，极大提高了晶圆整体受热均匀性，当对承载加热面上的晶圆进行加热时，如果陶瓷板边缘区域因热量耗散较大而导致晶圆接收到的热量在其边缘区域明显小于中间区域，辅助发热体工作产热，有效的抑制陶瓷板边缘区域的热量耗散，从而使晶圆整体受热均匀；(2)本申请在所述过渡段与圆弧段连接处形成圆角，能够有效的防止连接处因反复升降温而产生应力集中，进而能够有效的防止发热体崩溃；(3)在本申请以同心圆形式排布的主发热体中，靠近陶瓷板的中间区域(2R/3覆盖的区域内)，主发热体中相邻两个圆弧段的距离S1大，该区域的产热密度相对低，在靠近陶瓷板的边缘区域(在2R/3～R覆盖的区域内)，主发热体中相邻两圆弧段的距离S2小，该区域的产热密度相对高，从而进一步缩小陶瓷板中间区域与边缘区域的热量差异，使晶圆整体受热更加均匀。

附图说明

图1为本申请陶瓷加热器结构示意图；

图2为主发热体结构示意图；

图3为主发热体a处放大结构示意图；

图4为本申请陶瓷加热体左视图。

附图标记：1、陶瓷板；101、晶圆载置面；102、侧面；103、下表面；2、主发热体；201、圆弧段；202、过渡段；203、圆角；204、第一端口；205、第二端口；3、辅助发热体；4、玻璃层；5、第一供电线；6、第二供电线；7、第一焊盘；8、第二焊盘；9、第三焊盘；10、第四焊盘；11、通孔导体；12、支撑体；13、供电电源；14、温度传感器；141、第一温度传感器；142、第二温度传感器；143、第三温度传感器；144、第四温度传感器；15、控制器。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中使用的术语只用于说明特定的实施例，并非要限定本申请之意。只要在文理上未明确表示不同，单数的表现包括复数的表现。在本申请中，“包括”或“具有”等术语是要指定在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或他们的组合的存在，应理解为不预先排除一个或其以上其他特征或数字、步骤、动作、构成要素、部件或他们的组合的存在或附加可能性。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面参照图1～图4对本申请的实施例进行说明。

如图1～图4所示，本申请实施例所述的陶瓷加热器用于对晶圆进行加热。

根据本申请实施例所述的陶瓷加热器，其包括陶瓷板1、主发热体2、辅助发热体3。

其中，陶瓷板1包括晶圆载置面101、侧面102和下表面103，其中晶圆载置面101用于载置晶圆面，这样就可以对晶圆进行加热，其中，晶圆载置面101和下表面103相对设置，下表面103分别与晶圆载置面101、下表面103所在的平面方向垂直；需要说明的是，晶圆载置面101的直径大于晶圆的直径。

其中，主发热体2内嵌式的设置于陶瓷板1内部，主发热体2包括多个半径不同的圆弧段201和多个过渡段202，圆弧段201与过渡段202交替设置并依次首尾连接，这样圆弧段201通过过渡段202被串联起来，过渡段202与圆弧段201连接处形成圆角203，这样能够有效的防止连接处因反复升降温而产生应力集中，进而能够有效的防止发热体崩溃。

其中，辅助发热体3设于陶瓷板1的侧面，且辅助发热体3独立于主发热体2，这样可以有效降低陶瓷板承载面上中间区域与边缘区域的热量偏差，极大提高了晶圆整体受热均匀性，当对承载加热面上的晶圆进行加热时，如果陶瓷板1边缘区域因热量耗散较大而导致晶圆接收到的热量在其边缘区域明显小于中间区域，辅助发热体工作产热，有效的抑制陶瓷板边缘区域的热量耗散，从而使晶圆整体受热均匀。进一步地，主发热体2布置成轴对称的结构，主发热体2中半径最小的两个圆弧段分别形成第一端口204和第二端口205，这样以使电流从第一端口204流入并从第二端口205流出。

在本申请的一些实施例中，如图2所示，主发热体2中半径最大的圆弧段201的半径为R，在2R/3覆盖的区域内(指的是以2R/3为半径画圆所覆盖的区域)，如图2中的虚线圆区域内，相邻的圆弧段201之间的距离为S1，在2R/3～R覆盖的区域内(指的是虚线圆至最大半径R所画的圆所覆盖的区域)，相邻的圆弧段201之间的距离为S2，其中，S1＞S2，这样，靠近陶瓷板1的中间区域(2R/3覆盖的区域内)，主发热体中相邻两个圆弧段201的距离S1大，该区域的产热密度相对低，在靠近陶瓷板1的边缘区域(在2R/3～R覆盖的区域内)，主发热体2中相邻两圆弧段201的距离S2小，该区域的产热密度相对高，从而进一步缩小陶瓷板1中间区域与边缘区域的热量差异，使晶圆整体受热更加均匀。

在本申请的一些实施例中，S1和S2的比值满足：1.2≤S1/S2≤2.8。这样能够进一步缩小陶瓷板中间区域与边缘区域的热量差异，使晶圆整体受热更加均匀。

进一步地，辅助发热体3以环绕方式设于陶瓷板1的侧面，辅助发热体3的表面覆盖有玻璃层4，其中，玻璃层4可以覆盖在辅助发热体3靠近陶瓷板1的表面，也可以覆盖在辅助发热体3远离陶瓷板1的表面这样由于玻璃层4的设置，能够更好地抑制陶瓷边缘区域的热量往陶瓷板1侧面方向传递，从而使晶圆整体受热更加均匀。

在本申请的一些实施例中，所提到的陶瓷加热器还包括第一供电线5和第二供电线6，其中，第一供电线5与主发热体2两端电连接，用于向主发热体2供电，第二供电线6与辅助发热体3两端电连接，用于向辅助发热体3供电。

在本申请的一些实施例中，所提到的陶瓷加热器还包括第一焊盘7和第二焊盘8，第一焊盘7和第二焊盘8分别设置在陶瓷板1的下表面103，第一焊盘7通过通孔导体11与主发热体2的第一端口204电连接，第二焊盘8通过通孔导体11与主发热体2的第二端口205电连接。

更具体而言，第一供电线5通过第一焊盘7、通孔导体11与主发热体2的第一端口204电连接，且第一供电线5通过所述第二焊盘8、通孔导体11与主发热体2的第二端口205电连接。

在本申请的一些实施例中，所提到的陶瓷加热器还包括第三焊盘9和第四焊盘10，第三焊盘9和第四焊盘10分别设置在陶瓷板1的下表面103，第三焊盘9通过通孔导体11与辅助发热体3的一端电连接，第四焊盘10通过通孔导体11与辅助发热体3的另一端电连接；第二供电线6通过第三焊盘9、通孔导体11与辅助发热体3的一端电连接，且第二供电线6通过第四焊盘10、通孔导体11与辅助发热体3的另一端电连接。

在本申请的一些实施例中，所提到的陶瓷加热器还包括支撑体12，支撑体12设于陶瓷板下方，支撑体12的上端与陶瓷板1的下表面103连接，支撑体为中空筒状结构，在支撑体12内部设有供电电源13，其中，第一供电线5、第二供电线6分别穿过支撑体12的腔体与供电电源13电连接，这样第一供电线5就可以向主发热体2供电，第二供电线6就可以向辅助发热体3供电。

在本申请的一些实施例中，第一焊盘7和第二焊盘8设置的位置与支撑体12的腔体区域相对应；第三焊盘9和第四焊盘10设置在下表面103的边缘区域。

在本申请的一些实施例中，所提到的陶瓷加热器还包括温度传感器14和控制器15，其中温度传感器14的数量可以设置为多个，分别布施于陶瓷板1的下表面103的边缘区域和中间区域，这样可以对陶瓷板1不同区域进行温度检测，控制器15分别和温度传感器14、供电电源13连接，控制器15可从温度传感器14接受信号，当陶瓷板1中间区域和边缘区域的温差过大时，通过控制供电电源13接通第二供电线6，使辅助发热体3发热，这样本申请的系统可以更加智能化，在无人监控的环境下，通过控制器15就可实现辅助发热体3的发热与否。

在本申请的一些实施例中，控制器15和温度传感器14的连接方式可以为有线的电连接或者无线的通信连接，本领域技术人员可以根据实际情况采用现有的连接方式实现，在本申请的其他一些实施例中，控制器15和温度传感器14的连接方式为无线的通信连接。

在本申请的一些实施例中，控制器15和供电电源13的连接方式可以为有线的电连接或者无线的通信连接，本领域技术人员可以根据实际情况采用现有的连接方式实现，在本申请的其他一些实施例中，控制器15和供电电源13的连接方式为有线的电连接。

可以理解的是，陶瓷板1的主体材质可以选自氧化物陶瓷(如氧化铝、氧化锆)、氮化物陶瓷(如氮化铝、氮化硅、氮化硼)、碳化物陶瓷(如碳化硅)等材料中至少一种。

可以理解的是，主发热体2和辅助发热体3的主体材质可以选自钨、锰、银、金铂、铌、钛、铜、镍或他们的合金，或者钌系导体材料(如氧化钌、钌酸铅等)中至少一种。发热体的形成方式可以采用金属线埋入陶瓷板内部，或者采用印刷或溅射或蒸镀等工艺在陶瓷板内部制备出金属层。

在本申请的一些实施例中，可通过现有的常规手段在陶瓷板的内部形成凹槽，凹槽的尺寸能够容纳下辅助发热体，而后将辅助发热体放置于凹槽中，即可实现辅助发热体的固定。

在本申请的其他一些实施例中，发明人探究了玻璃层4的覆盖与否、辅助发热体3的工作与否以及S1/S2对效果的影响，具体如下：向加热器通电，控制加热器的温度为500℃，检测2R/3区域内的平均温度T1和2R/3-R区域内的平均温度T2，检测方式为该区域内径向方向等距离的4个点检测其温度，然后计算平均温度T1和T2，然后计算两区域的温差ΔT＝T1-T2，要求ΔT在±1℃内，检测结果如表1所示，其中辅助发热体的工作与否通过控制器控制实现。

表1

对比试验例2与对比例1、试验例2与对比例2可知，本申请中辅助发热体的设置能够有效的提高受热均匀性。

对比试验例5与试验例2、试验例6与试验例3可知，玻璃层的设置，进一步提高了受热均匀性。

对比试验例1～4与试验例7～8可知，通过将S1、S2的比例值控制1.2～1.8之间，进一步提高了受热均匀性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种陶瓷加热器，其特征在于，包括：

具有晶圆载置面的陶瓷板；

主发热体，所述主发热体设于陶瓷板内部；

辅助发热体，所述辅助发热体设于陶瓷板的侧面，且所述辅助发热体独立于所述主发热体。

2.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述主发热体包括多个半径不同的圆弧段和多个过渡段，所述圆弧段与所述过渡段交替设置并依次首尾连接，且所述过渡段与圆弧段连接处形成圆角。

3.根据权利要求2所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述主发热体中半径最小的两个所述圆弧段分别形成第一端口和第二端口，以使电流从第一端口流入并从第二端口流出。

4.根据权利要求2所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述主发热体中半径最大的圆弧段的半径为R，在2R/3覆盖的区域内，相邻的所述圆弧段之间的距离为S1，在2R/3～R覆盖的区域内，相邻的所述圆弧段之间的距离为S2，所述S1＞S2。

5.根据权利要求4所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述S1和S2的比值满足：1.2≤S1/S2≤2.8。

6.根据权利要求1所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述辅助发热体以环绕方式设于陶瓷板的侧面，所述辅助发热体的表面覆盖有玻璃层。

7.根据权利要求3所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述陶瓷加热器还包括第一供电线和第二供电线，所述第一供电线与主发热体两端电连接，所述第二供电线与辅助发热体两端电连接。

8.根据权利要求7所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述陶瓷板下表面设有第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘通过通孔导体与所述主发热体的第一端口电连接，所述第二焊盘通过通孔导体与所述主发热体的第二端口电连接，所述第一供电线通过所述第一焊盘、所述通孔导体与所述主发热体的第一端口电连接，且所述第一供电线通过所述第二焊盘、所述通孔导体与所述主发热体的第二端口电连接。

9.根据权利要求7所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述陶瓷板下表面设有第三焊盘和第四焊盘，所述第三焊盘通过通孔导体与所述辅助发热体的一端电连接，所述第四焊盘通过通孔导体与所述辅助发热体的另一端电连接；所述第二供电线通过所述第三焊盘、所述通孔导体与所述辅助发热体的一端电连接，且所述第二供电线通过所述第四焊盘、所述通孔导体与所述辅助发热体的另一端电连接。

10.根据权利要求7所述的陶瓷加热器，其特征在于，所述陶瓷加热器还包括支撑体，所述支撑体设于陶瓷板下方，所述支撑体为中空筒状结构，所述支撑体内部设有供电电源，所述第一供电线、所述第二供电线分别穿过支撑体的腔体与所述供电电源电连接。

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