TW202038677A - 陶瓷加熱器 - Google Patents
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Abstract
陶瓷加熱器10係包括：陶瓷板20，係內建內周側及外周側電阻發熱體22、24；及筒狀軸40，係與陶瓷板20之背面20b接合。橢圓形孔26係沿著偏離陶瓷板20之直徑方向的方向所設置，並從軸內區域20d之起點S至陶瓷板20之外周部的終端位置E。橢圓形孔26中通過軸內區域20d的部分係成為長槽26a。各電阻發熱體22、24之端子22a、22b、24a、24b係集中地被設置於軸內區域20d中藉長槽26a之軸線所分割的2個分割區域中面積大的第1分割區域。
Description
本發明係有關於一種陶瓷加熱器。
以往，作為陶瓷加熱器，係已知一種被稱為2區加熱器者，該2區加熱器係將電阻發熱體分別獨立地埋入具有晶圓載置面之圓盤形之陶瓷板的內周側與外周側。例如，在專利文獻1，係揭示圖10所示之具有軸的陶瓷加熱器410。此具有軸的陶瓷加熱器410係藉外周側熱電偶450測量陶瓷板420之外周側的溫度。熱電偶導件432係筒狀構件，在直軸440之內部從下方向上方筆直地延伸後被彎曲成圓弧形，而進行90°方向轉換。此熱電偶導件432係被安裝於狹縫426a，該狹縫426a係被設置於陶瓷板420之背面中被直軸440包圍的區域。狹縫426a係形成熱電偶通路426的入口部分，並在陶瓷板420之背面中被直軸440包圍的區域(直軸內區域)被設置成沿著偏離陶瓷板420之直徑方向的方向。外周側熱電偶450係被插入熱電偶導件432的筒內，並到達熱電偶通路426的終端位置。
[先行專利文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1] 國際公開第2012/039453號小冊子(圖11)
[發明所欲解決之課題]
可是，在陶瓷加熱器410，係因為軸內區域係被狹縫426a分割成面積大致相等的2個分割區域，所以在一方之分割區域欲集中地配置複數個端子的情況，配置的自由度會受到限制。
本發明係為了解決這種課題所開發者，其主要目的在於在多區加熱器，在集中地配置複數個端子下，提高其配置的自由度。
[解決課題之手段]
本發明之陶瓷加熱器係：
包括：
圓盤形之陶瓷板，係具有晶圓載置面；
筒狀軸，係和該陶瓷板中與該晶圓載置面係相反側的背面接合；
內周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板的內周部；
外周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板的外周部；
軸內區域，係該陶瓷板之該背面中該筒狀軸的內側；
橢圓形孔，係沿著偏離該陶瓷板之直徑方向的方向所設置，並從該軸內區域至該陶瓷板之外周部的既定位置；以及
附帶元件，係被設置於該軸內區域，並包含該內周側電阻發熱體的一對端子及該外周側電阻發熱體的一對端子；
該橢圓形孔中通過該軸內區域的部分係成為長槽；
該附帶元件係集中地被設置於該軸內區域中藉該長槽之軸線所分割的2個分割區域中面積比較大的分割區域。
在本陶瓷加熱器，包含內周側電阻發熱體的一對端子及外周側電阻發熱體之一對端子的附帶元件係被設置於陶瓷板之背面的軸內區域。橢圓形孔係沿著偏離陶瓷板之直徑方向的方向所設置，並從軸內區域至陶瓷板之外周部的既定位置。橢圓形孔中通過軸內區域的部分係成為長槽。軸內區域的2個分割區域係藉長槽之軸線(係與橢圓形孔之軸線相同，偏離陶瓷板之直徑方向之方向的直線)所分割。因此，2個分割區域中一方係面積比另一方大。此處，附帶元件係集中地被設置於面積比較大的分割區域。因此，在多區加熱器，可在集中地配置含有複數個端子之附帶元件下提高其配置的自由度。此外，藉由集中地設置附帶元件，易捆束從附帶元件對外部裝置的配線。
在本發明之陶瓷加熱器，亦可作成該附帶元件中該內周側及該外周側電阻發熱體之各端子以外者係在被該內周側及該外周側電阻發熱體之各端子包圍的區域不存在。又，亦可該附帶元件的各個係被配置於可維持電性絕緣性之位置。因為附帶元件係集中地被設置於面積比較大的分割區域，所以可將附帶元件所含的複數個端子等易配置於可維持電性絕緣性之位置。
在本發明之陶瓷加熱器，亦可該橢圓形孔係插入熱電偶之熱電偶插入用橢圓形孔。依此方式，利用橢圓形孔可插入熱電偶。
在本發明之陶瓷加熱器，亦可該長槽係作為為了配置具有對該晶圓載置面從垂直方向轉換成水平方向的彎曲部之筒狀的熱電偶導件所使用。依此方式，在可安裝熱電偶導件之多區加熱器，可在集中地配置複數個端子下提高其配置的自由度。
此外，「垂直」係除了完全地垂直的情況以外，亦包含實質上垂直的情況(例如位於公差之範圍的情況等)。「水平」亦是一樣。
在本發明之陶瓷加熱器，亦可該長槽的長度係被決定成該熱電偶導件的該彎曲部中被配置於該長槽之頭端部分的長度以上。依此方式，可更易於設定熱電偶導件。
在本發明之陶瓷加熱器，亦可該熱電偶導件之該彎曲部的外徑係比該垂直部的外徑更小，依此方式，可使長槽的寬度變窄。
本發明之陶瓷加熱器係亦可具備被配置於該長槽的該熱電偶導件，進而亦可具備被插入該熱電偶導件及該橢圓形孔的熱電偶。在具備該熱電偶的情況，亦可在從該背面觀察該陶瓷板時該熱電偶的測溫部被配置成在該外周側電阻發熱體的寬度內。依此方式，可藉外周側熱電偶的測溫部高速響應地檢測出外周側電阻發熱體的溫度變化。
在本發明之陶瓷加熱器，亦可該長槽與該附帶元件之間隔係2mm以上。依此方式，可防止因長槽與附帶元件之間過窄而在陶瓷板發生龜裂。
一面參照圖面，一面在以下說明本發明之較佳的實施形態。圖1係陶瓷加熱器10之立體圖，圖2係圖1之A－A剖面圖，圖3係圖1之B－B剖面圖，圖4係熱電偶導件32的正視圖，圖5係圖3之中央部分的放大圖。
陶瓷加熱器10係為了對被施行蝕刻或CVD等之處理的晶圓W加熱所使用，並被設置於未圖示之真空室內。此陶瓷加熱器10係包括：圓盤形之陶瓷板20，係具有晶圓載置面20a；及筒狀軸40，係和陶瓷板20之與晶圓載置面20a係相反側的面(背面)20b接合。
陶瓷板20係由氮化鋁或氧化鋁等所代表之陶瓷材料構成之圓盤形的板。陶瓷板20之直徑係無特別地限定，例如是約300mm。陶瓷板20係藉與陶瓷板20同心圓形的虛擬邊界20c(參照圖3)被劃分成小圓形的內周側區Z1與圓環形的外周側區Z2。在陶瓷板20的內周側區Z1係被埋設內周側電阻發熱體22，而在外周側區Z2係被埋設外周側電阻發熱體24。兩電阻發熱體22、24係例如由以鉬、鎢或碳化鎢為主成分的線圈所構成。陶瓷板20係如圖2所示，藉由將上側板P1與比該上側板P1更薄之下側板P2進行面接合所製作。
筒狀軸40係與陶瓷板20一樣，由氮化鋁或氧化鋁等之陶瓷所形成。筒狀軸40係上端與陶瓷板20進行擴散接合。
內周側電阻發熱體22係如圖3所示，以如下之方式所形成，從一對端子22a、22b的一方發端，並按照一筆畫之要領在複數個折回部被折回下被配線於內周側區Z1之幾乎整個區域後，至一對端子22a、22b之另一方。一對端子22a、22b係被設置於陶瓷板20的背面20b中筒狀軸40之內側的區域(軸內區域)20d。在一對端子22a、22b，係分別金屬製(例如Ni製)之供電棒42a、42b被接合。此外，供電棒42a、42b係被插入未圖示之絕緣管內。
外周側電阻發熱體24係如圖3所示，以如下之方式所形成，從一對端子24a、24b的一方發端，並按照一筆畫之要領在複數個折回部被折回下被配線於外周側區Z2之幾乎整個區域後，至一對端子24a、24b之另一方。一對端子24a、24b係被設置於陶瓷板20之背面20b的軸內區域20d。在一對端子24a、24b，係分別金屬製(例如Ni製)之供電棒44a、44b被接合。此外，供電棒44a、44b係被插入未圖示之絕緣管內。
在陶瓷板20之內部，係如圖2所示，與晶圓載置面20a平行地設置用以插入外周側熱電偶50的橢圓形孔26。橢圓形孔26係在陶瓷板20之背面20b中從軸內區域20d的起點S沿著偏離陶瓷板20之直徑方向的方向至陶瓷板20之外周部的終端位置E。橢圓形孔26中通過軸內區域20d的部分係成為用以配置熱電偶導件32之彎曲部34的頭端之長槽26a。長槽26a係開口於筒狀軸40的內部空間。
此處，使用圖6，說明端子22a、22b、24a、24b的配置位置。軸內區域20d係藉長槽26a的軸線L(係與橢圓形孔26之軸線相同，偏離陶瓷板20之直徑方向之方向的直線)被分割成第1及第2分割區域20d1、20d2。在圖6，係以粗影線表示第1分割區域20d1，並以細影線表示第2分割區域20d2。第1分割區域20d1的面積係比第2分割區域20d2的面積更大。端子22a、22b、24a、24b係集中地被設置於面積大的第1分割區域20d1(長槽26a除外)。又，端子22a、22b、24a、24b之各個係被配置於可維持電性絕緣性的位置。
熱電偶導件32係如圖4所示，是具有導孔32a之金屬製(例如不銹鋼製)的筒狀構件。熱電偶導件32係包括：垂直部33，係對晶圓載置面20a在垂直方向延伸；及彎曲部34，係從垂直方向轉換成水平方向。垂直部33的外徑係比彎曲部34的外徑大，而垂直部33的內徑係與彎曲部34的內徑相等。依此方式，藉由使彎曲部34的外徑變小，可使插入彎曲部34之長槽26a的寬度變窄。但，亦可作成使垂直部33的外徑與彎曲部34的外徑相等。彎曲部34之曲率半徑R係無特別地限定，例如是約30mm。在熱電偶導件32的導孔32a，係插入外周側熱電偶50(參照圖2)。彎曲部34的頭端係亦可只是被嵌入長槽26a內，亦可與長槽26a內接合或黏接。此外，亦可熱電偶導件32係由陶瓷等之電性絕緣性的材料所形成。
在筒狀軸40之內部，係如圖2所示，配置與內周側電阻發熱體22之一對端子22a、22b的各端子連接的供電棒42a、42b或與外周側電阻發熱體24之一對端子24a、24b的各端子連接的供電棒44a、44b。在筒狀軸40之內部，係亦配置用以測量陶瓷板20之中央附近之溫度的內周側熱電偶48或測量陶瓷板20之外周附近之溫度的外周側熱電偶50。內周側熱電偶48係被插入在陶瓷板20之背面20b所設置的凹部49，頭端的測溫部48a與陶瓷板20接觸。凹部49係被設置於與各端子22a、22b、24a、24b或長槽26a不會發生干涉的位置。外周側熱電偶50係護套熱電偶，通過熱電偶導件32之導孔32a及橢圓形孔26後，頭端的測溫部50a到達橢圓形孔26的終端位置E。
其次，說明陶瓷加熱器10的使用例。首先，在未圖示之真空室內設置陶瓷加熱器10，並在該陶瓷加熱器10的晶圓載置面20a載置晶圓W。接著，將向內周側電阻發熱體22供給之電力調整成藉內周側熱電偶48所檢測出之溫度成為預定的內周側目標溫度，並將向外周側電阻發熱體24供給之電力調整成藉外周側熱電偶50所檢測出之溫度成為預定的外周側目標溫度。藉此，將晶圓W之溫度控制成成為所要之溫度。然後，將真空室內設定成成為真空環境或降壓環境，在真空室內產生電漿，再利用該電漿對晶圓W施行CVD成膜或施行蝕刻。
在如以上所說明之本實施形態的陶瓷加熱器10，第1及第2分割區域20d1、20d2係藉長槽26a之軸線L(與橢圓形孔26之軸線相同)所分割。軸線L係偏離陶瓷板20之直徑方向之方向的直線。因此，一方之第1分割區域20d1係面積比另一方之第2分割區域20d2大。此處，端子22a、22b、24a、24b係集中地被設置於面積大的第1分割區域20d1。因此，在可安裝熱電偶導件32之多區加熱器，可在集中地配置含有複數個端子22a、22b、24a、24b之附帶元件下，提高其配置的自由度。此外，藉由集中地配置端子22a、22b、24a、24b，易捆束從端子22a、22b、24a、24b對外部裝置的配線。在此情況，向電阻發熱體22、24供給電力之端子22a、22b、24a、24b以外的內周側熱電偶48等的附帶元件係在被端子22a、22b、24a、24b包圍的區域不存在。
又，在製造陶瓷加熱器10時，在採用在將供電棒42a、42b、44a、44b與在陶瓷板20之背面20b露出之端子22a、22b、24a、24b的各端子接合，並將筒狀軸40與背面20b接合後，安裝熱電偶導件32之程序的情況，因為不必使熱電偶導件32通過供電棒彼此之間，所以易安裝。
進而，因為端子22a、22b、24a、24b等之附帶元件係集中地被設置於面積比較大的第1分割區域20d1，所以可將這些附帶元件易於配置於可維持電性絕緣性的位置。
進而又，是橢圓形孔26的入口部分之長槽26a的長度係被決定成熱電偶導件32之熱電偶導件32的彎曲部34中被配置於長槽26a之頭端部分的長度以上。因此，可更易於設定熱電偶導件32。
而且，因為使熱電偶導件32之彎曲部34的外徑比垂直部33的外徑更小，所以可使長槽26a的寬度變窄。
此外，本發明係絲毫未被限定為上述的實施形態，當然只要屬於本發明的技術性範圍，能以各種的形態實施。
例如，在上述的實施形態，亦可熱電偶導件32係如圖7所示，具備水平部35，該水平部35係與彎曲部34的出口連接，並對晶圓載置面20a在水平方向延伸。依此方式，可將外周側熱電偶50更圓滑地誘導至橢圓形孔26。又，具有這種水平部35之熱電偶導件32係被配置於長槽26a的部分變長。因此，與其配合地設定長槽26a的長度為佳。
在上述的實施形態，亦可橢圓形孔26內之外周側熱電偶50的測溫部50a係如圖8所示，配置成在從背面20b觀察時在外周側電阻發熱體24的寬度(即線圈的寬度w)內。亦可在外周側電阻發熱體24不是線圈狀而是絲帶狀(細長平板狀)的情況，配置成在該絲帶的寬度內。依此方式，可藉外周側熱電偶50的測溫部50a高速響應地檢測出外周側電阻發熱體24的溫度變化。
在上述的實施形態，兩電阻發熱體22、24採用線圈形狀，但是不是特別地被限定為線圈形狀，例如亦可是印刷圖案，亦可是絲帶形狀或網孔形狀等。
在上述的實施形態，亦可在陶瓷板20，不僅內建電阻發熱體22、24，而且內建靜電電極或RF電極。在內建靜電電極的情況，係在陶瓷板20的第1分割區域20d1設置靜電電極的端子(附帶元件之一)。在內建F電極的情況，係在陶瓷板20的第1分割區域20d1設置RF電極的端子(附帶元件之一)。
在上述的實施形態，將熱電偶導件32之上下方向的長度作成與筒狀軸40的高度大致相等，但是亦可比筒狀軸40的高度短或長。
在上述的實施形態，亦可將內周側區Z1劃分成複數個內周側小區，並在各內周側小區按照一筆畫的要領到處配置電阻發熱體。又，亦可將外周側區Z2劃分成複數個外周側小區，並在各外周側小區按照一筆畫的要領到處配置電阻發熱體。端子之個數係因應於小區之個數而增加，但是因為這些端子係集中地被設置於面積比較大的第1分割區域20d1，所以即使端子之個數變多亦可比較易於配置。
在上述的實施形態，舉例表示在將供電棒42a、42b、44a、44b與陶瓷板20之端子22a、22b、24a、24b的各端子接合，並將筒狀軸40與陶瓷板20之背面20b接合後，安裝熱電偶導件32的程序，但是安裝程序係不限定為此。例如，亦可在將筒狀軸40與陶瓷板20之背面20b接合，並安裝熱電偶導件32後，將供電棒42a、42b、44a、44b與端子22a、22b、24a、24b的各端子接合。
在上述的實施形態，如圖9所示，長槽26a與附帶元件(端子22a、22b、24a、24b或凹部49)之間隔G係作成2mm以上為佳。依此方式，可防止因長槽26a與附帶元件之間過窄而在陶瓷板20發生龜裂。
本專利申請係將於2018年12月20日所申請之日本專利申請第2018－238225號作為優先權主張的基礎，並藉引用其內容的全部被包含於本專利說明書。
[工業上的可應用性]
本發明係例如作為用以對晶圓施行處理所使用之半導體製造裝置用構件可利用。
10:陶瓷加熱器
20:陶瓷板
20a:晶圓載置面
20b:背面
20c:虛擬邊界
20d:軸內區域
20d1:第1分割區域
20d2:第2分割區域
22:內周側電阻發熱體
22a,22b:端子
24:外周側電阻發熱體
24a,24b:端子
26:橢圓形孔
26a:長槽
32:熱電偶導件
32a:導孔
33:垂直部
34:彎曲部
35:水平部
40:筒狀軸
42a,42b,44a,44b:供電棒
48:內周側熱電偶
48a:測溫部
49:凹部
50:外周側熱電偶
50a:測溫部
410:陶瓷加熱器
420:陶瓷板
426:熱電偶通路
426a:狹縫
432:熱電偶導件
440:直軸
450:外周側熱電偶
L:軸線
P1:上側板
P2:下側板
S:起點
E:終端位置
W:晶圓
Z1:內周側區
Z2:外周側區
[圖1] 係陶瓷加熱器10之立體圖。
[圖2] 係圖1之A－A剖面圖。
[圖3] 係圖1之B－B剖面圖。
[圖4] 係熱電偶導件32的正視圖。
[圖5] 係圖3之中央部分的放大圖。
[圖6] 係端子22a、22b、24a、24b之配置位置的說明圖。
[圖7] 係熱電偶導件32之別的例子的正視圖。
[圖8] 係表示外周側熱電偶50之測溫部50a的位置之一例的說明圖。
[圖9] 係表示長槽26a與附帶元件之間隔G的說明圖。
[圖10] 係習知例的說明圖。
10:陶瓷加熱器
20:陶瓷板
20a:晶圓載置面
20b:背面
20d:軸內區域
22:內周側電阻發熱體
22a,22b:端子
24:外周側電阻發熱體
24a,24b:端子
26:橢圓形孔
26a:長槽
E:終端位置
S:起點
32:熱電偶導件
32a:導孔
33:垂直部
34:彎曲部
40:筒狀軸
42a,42b,44a,44b:供電棒
48:內周側熱電偶
48a:測溫部
49:凹部
50:外周側熱電偶
50a:測溫部
P1:上側板
P2:下側板
W:晶圓
Z1:內周側區
Z2:外周側區
Claims (10)
- 一種陶瓷加熱器，係： 包括： 圓盤形之陶瓷板，係具有晶圓載置面； 筒狀軸，係和該陶瓷板中與該晶圓載置面係相反側的背面接合； 內周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板的內周部； 外周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板的外周部； 軸內區域，係該陶瓷板之該背面中該筒狀軸的內側； 橢圓形孔，係沿著偏離該陶瓷板之直徑方向的方向所設置，並從該軸內區域至該陶瓷板之外周部的既定位置；以及 附帶元件，係被設置於該軸內區域，並包含該內周側電阻發熱體的一對端子及該外周側電阻發熱體的一對端子； 該橢圓形孔中通過該軸內區域的部分係成為長槽； 該附帶元件係集中地被設置於該軸內區域中藉該長槽之軸線所分割的2個分割區域中面積比較大的分割區域。
- 如申請專利範圍第1項之陶瓷加熱器，其中該附帶元件中該內周側及該外周側電阻發熱體之各端子以外者係在被該內周側及該外周側電阻發熱體之各端子包圍的區域不存在。
- 如申請專利範圍第1或2項之陶瓷加熱器，其中該橢圓形孔係插入熱電偶之熱電偶插入用橢圓形孔。
- 如申請專利範圍第1~3項中任一項之陶瓷加熱器，其中該長槽係為了配置具有對該晶圓載置面從垂直方向轉換成水平方向的彎曲部之筒狀的熱電偶導件所使用。
- 如申請專利範圍第4項之陶瓷加熱器，其中該長槽的長度係被決定成該熱電偶導件的該彎曲部中被配置於該長槽之頭端部分的長度以上。
- 如申請專利範圍第5項之陶瓷加熱器，其中該熱電偶導件之該彎曲部的外徑係比該垂直部的外徑更小。
- 如申請專利範圍第4~6項中任一項之陶瓷加熱器，其中具備被配置於該長槽的該熱電偶導件。
- 如申請專利範圍第7項之陶瓷加熱器，其中具備被插入該熱電偶導件及該橢圓形孔的熱電偶。
- 如申請專利範圍第8項之陶瓷加熱器，其中在從該背面觀察該陶瓷板時該熱電偶的測溫部被配置成在該外周側電阻發熱體的寬度內。
- 如申請專利範圍第1~9項中任一項之陶瓷加熱器，其中該長槽與該附帶元件之間隔係2mm以上。
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