CN117594534A - 陶瓷基座 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷基座，本发明的陶瓷基座包括陶瓷板件，所述陶瓷板件具有一个以上的孔并且配置有发热体，所述发热体包括多个同心圆图案，并且各个同心圆图案包括沿圆周方向延伸的圆弧部和连接所述圆弧部的折叠部，并且在所述的多个同心圆图案中，在彼此对向且使所述孔位于其中的圆弧部中的一部分可以具备朝向所述孔突出的突出部。

Description

陶瓷基座
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基座(Ceramic Susceptor)，尤其，涉及一种应用了用于提高温度均匀性的加热器图案的陶瓷基座。
背景技术
通常，通过在玻璃基板、柔性基板或半导体晶圆基板上按顺序堆叠包括介电层和金属层的多个薄膜层，然后进行图案化的方式来制造半导体器件或显示装置。这些薄膜层通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)工艺或物理气相沉积(PhysicalVapor Deposition，PVD)工艺按顺序沉积在基板上。所述CVD工艺包括低压化学气相沉积(Low Pressure CVD，LPCVD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced CVD，PECVD)工艺、有机金属化学气相沉积(Metal Organic CVD，MOCVD)工艺等。陶瓷基座配置于这种CVD装置和PVD装置，所述陶瓷基座用于支撑玻璃基板、柔性基板、半导体晶圆基板等，并产生规定的热量或产生用于生成等离子体的高频信号。为了半导体器件的布线精细化等精密的工艺，根据精确的温度控制和热处理的要求等，所述陶瓷基座被广泛地应用于的等离子体沉积等工艺中，并且，在半导体晶圆基板上形成的薄膜层的蚀刻工艺(etchingprocess)或光刻胶(photoresist)的烧成工艺等中用于等离子体的形成或基板的加热。
普通的陶瓷基座包括配置于陶瓷材料之间的加热器功能用的发热体。在陶瓷基座结构中，当发热体接收电力并产生热量以加热半导体晶圆基板等时，为了通过稳定的半导体工艺来提高收率，基板的温度均匀性是非常重要的。
图1是传统的陶瓷基座的发热体的图案的一示例。
参照图1，在陶瓷基座的板件(plate)表面上，通常形成有孔(hole)30，所述孔是用于供应对基板进行冷却的冷却气体、或者用于升降基板的升降销的升降操作、或者安装温度传感器(如热电偶(Thermo Couple，TC))的孔。所述孔30可以是贯通所述板件并延伸至板件表面的贯通孔或非贯通孔。由于板件表面的缺陷(如孔30)，两个发热体图案40a、40b平行地延伸，同时形成折叠部40c，以便不穿过孔30。
然而，就传统的陶瓷基座的发热体图案40而言，由于在孔30周围有较多未形成图案的空白空间，故可根据位置的不同而发生每单位面积发热量的差异，由此存在如下问题：即存在导致基板温度不均匀的问题，如在孔30周围产生基板的温度降低的冷却区(Cool-zone)等问题。这种问题使得在半导体工艺期间难以确保安装在陶瓷基座上的基板所需的规定水平以上的温度均匀性，并且如果该工艺是蚀刻工艺，则由于基于基板位置的不同而可能会导致蚀刻速率(etch rate)不均匀，从而严重降低收率。
发明内容
发明要解决的技术问题
因此，本发明是为了解决上述问题而完成的，本发明的目的在于，提供一种陶瓷基座，其中，通过形成加热器功能用的发热体图案，以使在避让(avoidance)图案区中的每单位面积发热量，与在没有孔的区域的正常(normal)图案区中的每单位面积发热量没有差异，由此能去除安装于陶瓷基座的基板的冷却区(Cool-zone)，能够提高温度均匀性。其中，所述避让图案区是发热体以避让孔的方式被图案化的区域，而所述孔是用于供应对基板进行冷却的冷却气体、或者用于升降基板的升降销的升降操作、或者用于安装温度传感器(如热电偶(Thermo Couple，TC))的孔。
用于解决技术问题的手段
首先，概括本发明的特征如下：用于实现上述目的的根据本发明的一方面的陶瓷底座包括陶瓷板件，所述陶瓷板件具有一个以上的孔并且配置有发热体，所述发热体包括多个同心圆图案，并且各个同心圆图案包括沿圆周方向延伸的圆弧部和连接所述圆弧部的折叠部，并且在所述的多个同心圆图案中，在彼此对向且使所述孔位于其中的圆弧部中的一部分可以具备朝向所述孔突出的突出部。
所述突出部可以包括突出构件和连接构件，所述连接构件朝向所述孔延长而与所述突出构件的两端实现连接。
在所述的多个同心圆图案中，彼此对向且使所述孔位于其中的同心圆图案可以包括连接两个圆弧部的两端的折叠部。
所述突出构件可以向所述孔的外侧方向凹陷形成。
连接两个圆弧部的两端的所述折叠部可以向所述孔的外侧方向凹陷形成。
所述发热体可以配置成连接至一个电源端子对来进行发热的单个加热区形式。
所述发热体也可以配置成根据不同规定区域各自独立地连接至互不相同的电源端子对来进行发热的多个加热区形式。
所述孔可以包括用于供应对所述陶瓷板件上的基板进行冷却的冷却气体、用于升降基板的升降销的升降操作、或者用于安装温度传感器的孔。
发明效果
就根据本发明的陶瓷基座而言，通过应用加热器功能用的发热体图案，以使在避让(avoidance)图案区中的每单位面积发热量，与在没有孔的区域的正常(normal)图案区中的每单位面积发热量没有差异，由此去除安装于陶瓷基座的基板的冷却区(Cool-zone)，能够提高温度均匀性。其中，所述避让图案区是具有在孔的周围以避让孔的方式配置的发热体图案的区域。
附图说明
为了帮助理解本发明，作为详细说明的一部分而包括的附图用于提供本发明的实施例，并且与详细说明一起来说明本发明的技术思想。
图1是传统的陶瓷基座的剖面示意图。
图2是根据本发明一实施例的陶瓷基座的剖面示意图。
图3是用于说明根据本发明的一实施例的陶瓷基座的发热体图案的平面图。
图4是放大根据本发明的一实施例的陶瓷基座的发热体图案的避让图案区的附图。
图5是用于说明根据本发明的一实施例的陶瓷基座的发热体图案的多个加热区的附图。
图6是本发明的正常图案区的发热体图案区域(正常区域(Normal Area)(本发明))、传统的孔周边发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(现有技术))、本发明的孔周边避让图案区的发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(本发明))的实际设计例中的每单位面积发热量的比较例。
附图标记说明
110：陶瓷板件
114：发热体
90：孔
AA：正常图案区
BB：避让图案区
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明进行详细说明。此时，每个附图中相同的构成要素尽可能用相同的附图标记表示。另外，将省略对已知的功能和/或构成的说明。以下公开的内容，将主要说明理解多种实施例的操作所需的部分，并且将省略对于可能使说明的要点模糊的要素的说明。另外，附图中的一部分构成要素可能会放大、省略或示意性地示出。每个构成要素的大小不能完全反应实际大小，因此，这里记载的内容不受每个附图中示出的构成要素的相对大小或间距的限制。
在对本发明的实施例进行说明时，如果判断对与本发明相关的已知技术的具体说明会不必要地使本发明的主旨模糊时，将省略对其的详细说明。并且，后述的术语是考虑到本发明的功能而定义的术语，可以根据使用者、操作者的意图或判例而有所不同。因此，其定义应以整个说明书的内容为基础进行解释。本说明书中所使用的术语，仅仅是为了说明本发明的实施例而使用的，并不用于限定。除非另有说明，单个形式的表述应包括多个形式的表述。本说明书中的“包括”或“具有”等表述，是用于指任意特征、数字、步骤、动作、构件或它们的组合，不应理解为排除一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、构件或它们的组合的存在或附加可能性。
另外，“第一”、“第二”等术语虽然可以用来说明各种构成要素，但所述构成要素不被所述术语所限定。所述术语仅用于区分一个构成要素与另一构成要素。
图2是对于根据本发明的一实施例的陶瓷基座100的剖面示意图。
参照图2，根据本发明的一实施例的陶瓷基座100包括陶瓷板件(Ceramic plate)110和轴体(shaft)120。
根据本发明的一实施例的陶瓷基座100是支撑用于多种目的的加工对象基板(例如半导体晶圆基板、玻璃基板、柔性基板等)并以规定温度加热该加工对象基板的半导体装置。陶瓷基座100可以用于等离子体增强化学气相沉积等利用等离子体的半导体工艺。
陶瓷板件110可以构成为等离子体发生用的高频电极112和/或基板加热用的发热体114以相隔规定间隔的方式配置(埋设)于陶瓷材料之间。陶瓷板件110能够稳定地支撑加工对象基板，同时能够利用发热体114加热基板和/或能够进行利用高频电极112的等离子体的半导体工艺。陶瓷板件110可以为具有规定形状的板状结构物。作为一示例，陶瓷板件110可以形成为圆形的板状结构物，但不一定限于此。其中，陶瓷材料可以是Al2O3、Y2O3、Al2O3/Y2O3、ZrO2、蒸压轻质加气混凝土(Autoclaved lightweight concrete，AlC)、TiN、AlN、TiC、MgO、CaO、CeO2、TiO2、BxCy、BN、SiO2、SiC、钇铝石榴石(YAG)、莫来石(Mullite)、AlF3中的至少一种物质，优选地，可以是氮化铝(AlN)。进一步地，可以选择性地包含0.1％至10％左右的各陶瓷粉末，优选地，约包含1％至5％左右的氧化钇。
轴体120以具有贯通孔的管(pipe)状接合或结合于陶瓷板件110的下表面。轴体120可以由与陶瓷板件100相同的陶瓷材料形成并实现接合或结合。
高频电极112可以由钨(W)、钼(Mo)、银(Ag)、金(Au)、铌(Nb)、钛(Ti)、氮化铝(AlN)或其合金制成，优选地，可以由钼(Mo)制成。高频电极112可以通过内置于轴体120的连接杆121连接至射频(Radio Frequency，RF)电源或连接至地线(ground)。高频电极112具有线型(wire type)或片型(sheet type)的网状(mesh)结构。其中，网状结构是沿第一方向排列的多个金属和沿第二方向排列的多个金属相互交错交叉而形成的网格状的结构。
发热体114可以形成为基于发热线(或电阻线)的板状线圈等的形状。并且，为了精确地控制温度，发热体114可以形成为多层结构。这种发热体114在半导体制造工艺中，通过内置于轴体120的连接杆123连接至电源，并执行以规定温度加热陶瓷板件110上的加工对象基板的功能，以便顺利地执行沉积工艺和蚀刻工艺等。
如图3所示，在根据本发明的一实施例的陶瓷基座100中，由发热线(或电阻线)制成的发热体114的图案以能够在陶瓷板件110的上表面实现均匀的温度分布的方式形成，尤其，在所述陶瓷板件110上的孔(用于供应对对象基板进行冷却的冷却气体、或者用于升降对象基板的升降销的升降操作、或者用于安装温度传感器(如热电偶(Thermo Couple，TC)))(参见图3中的附图标记“90”)的周围，也没有冷却区(Cool-zone)，因此温度均匀性得以提高。换言之，在本发明中，通过应用用于加热基板的加热器功能用的发热体114图案，以使在避让(avoidance)图案区BB中的每单位面积发热量，与在没有孔的区域的正常(normal)图案区AA中的每单位面积发热量没有差异，由此能够去除安装于陶瓷基座100的基板的冷却区(Cool-zone)，能够提高温度均匀性。其中，所述避让图案区是发热体114以避让如上所述的孔(参见图3中的附图标记“90”)的方式被图案化的区域。
图3是用于说明根据本发明的一实施例的陶瓷基座100的发热体114图案的平面图。
如图3所示，发热体114图案包括多个同心圆图案210，所述同心圆图案以形成同心圆的方式沿陶瓷板件110的圆周连续地延伸。
如图所示，同心圆图案210包括圆弧部81和折叠部82，所述圆弧部沿陶瓷板件110的圆周向圆周方向延伸，所述折叠部用于连接多个圆弧部81(例如：2个)，并且在两个端子250、260之间连续地延长。图3图示了基于单个加热器对陶瓷板件110的所有区域进行加热的情况，但本发明不限于此。当然，发热体114图案可以配置成多个图案彼此独立的多个加热器(multiple heater)形式。
图4是放大根据本发明的一实施例的陶瓷基座100的发热体114图案的避让图案区BB的附图。
参照图4，陶瓷板件110在发热体114的图案(和/或高频电极112的图案)之间具有一个以上的孔90，也就是说，具有用于供应对陶瓷板件110上的对象基板进行冷却的冷却气体、或者用于升降对象基板的升降销的升降操作、或者用于安装温度传感器(如热电偶(Thermo Couple，TC))的孔。
发热体114包括至少一个正常图案区(normal pattern zone)AA和至少一个避让图案区(avoidance pattern zone)BB的发热体图案。
避让图案区BB配置于孔90的周围而与孔90相关联，且避让图案区BB是以避让孔90的方式配置的发热体图案的区域。
正常图案区AA是指没有如孔90的缺陷的区域的发热体图案部分，其包括发热体图案连续地延伸的同心圆图案210，但是是以没有折叠部82的状态由沿圆周方向延伸的多个圆弧部81构成的区域。就圆弧部81而言，当如附图所示，陶瓷板件110为圆形的板状结构物时，在该区域内发热体图案以并列圆弧(arc)形状构成。
这种发热体114可以配置成单个加热区形式，即发热体114整体连接至一个电源端子对250、260(例如：交流或直流电源)来进行发热。并且，发热体114可以配置成多个加热区的形式，即发热体114的图案按照规定的区域各自独立地连接至互不相同的电源端子对来进行发热。
图5是用于说明根据本发明的一实施例的陶瓷基座100的发热体114图案的多个加热区的附图。
参照图5，陶瓷基座100的发热体114图案可以包括一个以上的正常图案区AA和一个以上的避让图案区BB，并且发热体114图案可以配置成多个加热区形式，即一个以上的正常图案区AA和一个以上的避让图案区BB的发热体图案可以独立地连接至多个电源端子对410/420、430/440、450/460中的每一个来进行发热。换言之，作为避让图案区BB，图5的第一避让图案区310连接至电源电子对410/420，作为正常图案区AA，第一正常图案区320连接至电源电子对430/440，作为正常图案区AA，第二正常图案区330连接至电源电子对450/460来进行发热。
以下，更加详细地说明避让图案区BB。
再次参照图3和图4，避让图案区BB包括多个同心圆图案210，所述同心圆图案210包括圆弧部81和折叠部82，所述圆弧部81以形成同心圆的方式沿陶瓷板件110的圆周连续地延伸，所述折叠部用于连接多个圆弧部81，其中，在多个同心圆图案210中，在彼此对向且孔90位于其中的圆弧部81-1、81-2中的一部分具备朝向所述孔90突出的突出部91、92。换言之，突出部91、92中的每一个包括形成同心圆的圆周方向的圆弧部81-1、81-2的一部分朝向孔90突出的圆弧形状部分。
换言之，突出部91、92中的每一个包括突出构件91a、92a和连接构件82-1、82-2。每个突出构件91a、92a作为突出的圆弧形状部分，包括向所述孔的外侧方向凹陷形成的圆弧形状部分。每个连接构件82-1、82-2是从圆弧部81-1、81-2的未突出的部分朝向孔90延长而与突出构件91a、92a在两端实现连接的部分。
就多个突出部91、92而言，其是用于使得避让图案区的每单位面积发热量与没有孔的区域的正常(normal)图案区AA中的每单位面积发热量没有差异的结构，突出构件91a、92a与孔90相隔规定距离。换言之，突出构件91a、92a的圆弧形状与孔90形成同心圆，由此使得从突出构件91a、92a的任意位置至孔90的最短距离恒定。例如，从突出构件91a、92a的中心至孔90的最短距离和从突出构件91a、92a的两端至孔90的最短距离可以相同。
并且，避让图案区BB包括多个同心圆图案210，所述同心圆图案210包括圆弧部81和折叠部82，所述圆弧部81以形成同心圆的方式沿陶瓷板件110的圆周连续地延伸，所述折叠部用于连接多个圆弧部81，其中，如图4所示，在多个同心圆图案210中，在彼此对向且孔90位于其中的同心圆图案的一侧包括沿半径方向连接两个圆弧部81-3、81-4的两端的折叠部82-3。并且，在多个同心圆图案210中，在彼此对向且孔90位于其中的同心圆图案的另一侧包括沿半径方向连接两个圆弧部81-5、81-6的两端的折叠部82-4。折叠部82-3和83-4可以向所述孔90的外侧方向凹陷形成。
就弯曲成圆弧形状的折叠部82-3、82-4而言，为了使得避让图案区的每单位面积发热量，与没有孔的区域的正常图案区AA中的每单位面积发热量没有差异，其与孔90相隔规定距离。换言之，折叠部82-3、82-4的圆弧形状与孔90形成同心圆，由此使得从折叠部82-3、82-4的任意位置至孔90的最短距离恒定。例如，从折叠部82-3、82-4的中心至孔90的最短距离和从折叠部82-3、82-4的两端至孔90的最短距离可以相同。
如此，以使孔90位于其中的方式形成的突出构件91a、92a和折叠部82-3、82-4可以配置为与孔90相隔的距离相同。基于此，就本发明中的发热体图案而言，即便在孔90的周围，也与正常(normal)图案区AA中的每单位面积发热量没有差异，从而在陶瓷板件110整体表面不具有冷却区(Cool-zone)，能够提高温度均匀性。
图6是本发明的正常图案区AA的发热体图案区域(正常区域(Normal Area)(本发明))、传统的孔周边发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(现有技术))、本发明的孔周边避让图案区BB的发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(本发明))的实际设计例中的每单位面积发热量的比较例。
参照图6，如正常图案区AA的发热体图案区域(正常区域(Normal Area)(本发明))，当将在单位面积的发热量(例如：100)相同的区域作为基准时，本发明的孔周边避让图案区BB的发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(本发明))中，测定出与正常图案区AA相似的每单位面积发热量(例如：约100)。
相反，在传统的孔周边发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(现有技术))中，由于在孔周围，发热体图案的长度减小，并且未形成发热体图案的空白空间较多，故在不同位置处发生了每单位面积发热量的差异，从而与本发明的孔周围避让图案区BB的发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(本发明))相比，每单位面积发热量仅为82％的水平。因此，在传统的孔周边发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(现有技术))中，存在如下问题：即存在导致基板温度不均匀的问题，如在孔30周围产生基板的温度降低的冷却区(Cool-zone)等问题。这种问题使得在半导体工艺期间难以确保安装在陶瓷基座上的基板所需的规定水平以上的温度均匀性，并且如果该工艺是蚀刻工艺，则由于基于基板位置的不同而可能会导致蚀刻速率(etch rate)不均匀，从而严重降低收率。
如上所述，就根据本发明的陶瓷基座100而言，发热体图案以即便在孔90的周围也不具有冷却区(Cool-zone)而能够提高温度均匀性的方式形成。换言之，在本发明中，通过应用加热器功能用的发热体114图案，以使在避让(avoidance)图案区BB中的每单位面积发热量，与在没有孔的区域的正常(normal)图案区AA中的每单位面积发热量没有差异，由此去除安装于陶瓷基座100的基板的冷却区(Cool-zone)，能够提高温度均匀性。其中，所述避让图案区是发热体114以避让如上所述的孔90的方式被图案化的区域。
例如，在如图6的示例中，也如下表1所示，测定出的本发明的孔周边避让图案区BB的发热体图案区域(孔区域(Hole Area)(本发明))中的温度差较小，例如，最大为+0.3℃，从而确认了温度均匀性较高，但测定出的传统的孔周边发热体图案区域(孔区域(HoleArea)(现有技术))中的温度差较大，例如，最大为-0.9℃，由此可知，出现了冷却区(Cool-zone)。
[表1]
温度 孔区域(现有技术) 孔区域(本发明)
平均 100℃ 99.6℃
事件点(issue point) 99.1℃ 99.9℃
温度差 -0.9℃ +0.3℃
如上所述，在本发明中，已经说明了如具体构成要素等的特定事项和有限的实施例和附图，但这仅是为了帮助对本发明整体的理解而提供的，而本发明并不限于所述实施例，本发明所属领域的普通技术人员能够在不脱离本发明的本质特征的范围内进行各种修改和变更。因此，本发明的主旨不应仅限于所说明的实施例而确定，除所附的权利要求之外，与所述权利要求等同或等效变更的所有技术思想都应被解释为包括在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种陶瓷基座，其中，
包括陶瓷板件，所述陶瓷板件具有一个以上的孔并且配置有发热体，
所述发热体包括多个同心圆图案，
各同心圆图案包括沿圆周方向延伸的圆弧部和连接所述圆弧部的折叠部，
在所述的多个同心圆图案中，圆弧部中的一部分具备朝向所述孔突出的突出部，所述形成突出部的圆弧部彼此对向且使所述孔位于其中。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基座，其中，
所述突出部包括：
突出构件；以及
连接构件，朝向所述孔延长且与所述突出构件的两端连接。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基座，其中，
在所述的多个同心圆图案中，彼此对向且使所述孔位于其中的同心圆图案包括连接两个圆弧部的两端的折叠部。
4.根据权利要求2所述的陶瓷基座，其中，
所述突出构件向所述孔的外侧方向凹陷形成。
5.根据权利要求3所述的陶瓷基座，其中，
连接两个圆弧部的两端的所述折叠部向所述孔的外侧方向凹陷形成。
6.根据权利要求1所述的陶瓷基座，其中，
所述发热体配置成连接至一个电源端子对来进行发热的单个加热区形式。
7.根据权利要求1所述的陶瓷基座，其中，
所述发热体配置成根据不同规定区域各自独立地连接至互不相同的电源端子对来进行发热的多个加热区形式。
8.根据权利要求1所述的陶瓷基座，其中，
所述孔包括：用于供应对所述陶瓷板件上的基板进行冷却的冷却气体的孔、用于升降基板的升降销的升降操作的孔、或者用于安装温度传感器的孔。
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