TW202103516A - 陶瓷加熱器 - Google Patents

Abstract

陶瓷加熱器10係包括陶瓷板20、主電阻發熱體22及副電阻發熱體23,25。主電阻發熱體22係被設於在陶瓷板20內部，與晶圓放置面20a平行之第1表面P1，呈線圈狀之發熱體。副電阻發熱體23,25係在陶瓷板20的內部與第1表面P1平行，被設於處於第1表面P1與晶圓放置面20a間之第2表面P2，補全由主電阻發熱體22所做之加熱，呈二維形狀之發熱體。

Description

陶瓷加熱器

本發明係關於一種陶瓷加熱器。

在半導體製造裝置中，係採用用於加熱晶圓之陶瓷加熱器。這種陶瓷加熱器，係眾所周知地有所謂兩區塊加熱器。此種兩區塊加熱器，如專利文獻1所開示地，係眾所周知有一種在陶瓷基體中，埋設內周側電阻發熱體與外周側電阻發熱體於同一平面，使各電阻發熱體分別獨立，以施加電壓，藉此，獨立控制來自各電阻發熱體之發熱者。各電阻發熱體係由鎢等高熔點金屬所製成之線圈。 ［專利文獻］

［專利文獻1］日本專利第3897563號公報

但是，在專利文獻1中，各電阻發熱體係線圈，所以，必須事先空出間隔，使得鄰接之線圈們不短路。又，陶瓷加熱器係設有在上下方向貫穿陶瓷板之氣孔或舉升銷孔，但是，各電阻發熱體必須迂迴這些孔。因此，有無法獲得充分均熱性之問題。

本發明係為了解決這種課題所研發出者，其主要之目的，係在於即使主電阻發熱體使用線圈時，也可獲得充分之均熱性。

本發明之陶瓷加熱器，係包括： 陶瓷板，具有晶圓放置面； 主電阻發熱體，被設於在該陶瓷板的內部，與該晶圓放置面平行之第1表面內，呈線圈狀；以及 副電阻發熱體，在該陶瓷板的內部，被設於與該第1表面平行之第2表面，補全由該主電阻發熱體所做之加熱，呈二維形狀。

在此陶瓷加熱器中，係藉被設於陶瓷板內部之線圈狀之主電阻發熱體，加熱被放置於晶圓放置面之晶圓。主電阻發熱體係線圈，所以，當配線時，有其限制。因此，僅藉由主電阻發熱體所做之加熱，較難微調溫度。在本發明中，係在陶瓷板的內部，於與設有主電阻發熱體之第1表面平行之第2表面上，設有二維形狀之副電阻發熱體。此副電阻發熱體係二維形狀，所以，可藉印刷製作，可成為自由度較高之配線（例如使線寬較細，或使線間較窄，以高密度地配線等）。因此，副電阻發熱體係可補全由線圈狀之主電阻發熱體所做之加熱，以微調溫度。因此，即使主電阻發熱體使用線圈時，也可獲得充分之均熱性。

而且，主電阻發熱體與副電阻發熱體，係可以相同材料形成，或者，以不同材料形成。所謂「平行」係在完全平行之情形外，也包含實質上平行之情形（例如進入公差範圍之情形等）。

在本發明之陶瓷加熱器中，該第2表面係也可以為處於該第1表面與該晶圓放置面之間者。如此一來，由副電阻發熱體所做之加熱，很容易被反映於晶圓放置面之溫度，所以，較容易微調晶圓放置面之溫度。

在本發明之陶瓷加熱器中，該副電阻發熱體係也可以含有陶瓷。藉含有陶瓷，可使副電阻發熱體之熱膨脹係數接近陶瓷板之熱膨脹係數，同時可提高副電阻發熱體與陶瓷板之接合強度。

在本發明之陶瓷加熱器中，也可以該主電阻發熱體係分別被設於該第1表面內的m個（m係1以上之整數）區塊，該副電阻發熱體係被設於該第2表面內的n個（n係比m還要大之整數）區塊。如此一來，可個別調整各區塊之溫度，所以，可微調晶圓放置面之溫度。尤其，在被分成比第1表面還要多之區塊之第2表面的各區塊，係設有適合微調溫度之副電阻發熱體，所以，很容易微調晶圓放置面之溫度。

在本發明之陶瓷加熱器中，該副電阻發熱體係也可以被分割為扇形。如此一來，變得可改善在陶瓷板之圓周方向之均熱性，變得允許更詳細之溫度控制。

在本發明之陶瓷加熱器中，該副電阻發熱體係也可以比該主電阻發熱體還要接近孔。如此一來，可藉由副電阻發熱體所做之加熱，補全僅以主電阻發熱體所做之加熱，溫度容易變低之孔之周圍，可微調溫度。

在本發明之陶瓷加熱器中，當俯視該晶圓放置面時，也可以於與該主電阻發熱體的端子相重疊之位置，配置有該副電阻發熱體。如此一來，可藉由副電阻發熱體所做之加熱，補全容易變較低溫之主電阻發熱體的端子正上方附近，而可微調溫度。

參照圖面，在以下說明本發明之最佳實施形態。圖1係本實施形態之陶瓷加熱器10之立體圖；圖2係陶瓷加熱器10之縱剖面圖（以包含中心軸之面，切斷陶瓷加熱器10後之剖面圖）。圖3係以第1表面P1切斷陶瓷板20，以自上方觀得之剖面圖；圖4係以第2表面P2切斷陶瓷板20，以自上方觀得之剖面圖。而且，在圖3,4中，係省略表示切斷面之剖面線。

陶瓷加熱器10係用於加熱實施蝕刻或CVD等處理之晶圓者，被設置於未圖示之真空腔體內。此陶瓷加熱器10係包括：陶瓷板20，具有晶圓放置面20a，呈圓盤狀；以及筒狀轉軸40，被接合到陶瓷板20的晶圓放置面20a之相反側之面（內表面）20b，使得與陶瓷板20同軸。

陶瓷板20係由氮化鋁或氧化鋁等所代表之陶瓷材料所構成之圓盤狀板體。陶瓷板20之直徑係例如300mm左右。在陶瓷板20的晶圓放置面20a，係藉壓花加工，設有未圖示之細微凹凸。陶瓷板20係具有：虛擬之第1表面P1，平行於晶圓放置面20a；以及虛擬之第2表面P2，平行於第1表面P1。第2表面P2係處於第1表面P1與晶圓放置面20a之間。陶瓷板20的第2表面P2，係藉與陶瓷板20成同心圓狀之虛擬邊界20c（參照圖4），被分成小圓形之內周側區塊Z1與圓環狀之外周側區塊Z2。虛擬邊界20c之直徑，係例如200mm左右。在陶瓷板20的第1表面P1，設有主電阻發熱體22。在陶瓷板20的第2表面P2，係於內周側區塊Z1設有內周側副電阻發熱體23，於外周側區塊Z2設有外周側副電阻發熱體25。如此一來，主電阻發熱體22及副電阻發熱體23,25係被埋設於陶瓷板20內。

如圖3,4所示，陶瓷板20係包括複數氣孔26。氣孔26係自陶瓷板20的內表面20b，貫穿至晶圓放置面20a為止，供給氣體到被設於晶圓放置面20a之凹凸，與被放置晶圓放置面20a之晶圓W之間所產生之間隙。被供給到此間隙之氣體，係發揮使晶圓放置面20a與晶圓W之熱傳導良好之角色。又，陶瓷板20係包括複數舉升銷孔28。舉升銷孔28係自陶瓷板20的內表面20b，貫穿至晶圓放置面20a為止，插入有未圖示之舉升銷。舉升銷係發揮提起被放置於晶圓放置面20a之晶圓W之角色。在本實施形態中，舉升銷孔28係在同一圓周上，等間隔地設有複數個（在此係三個）。

如圖3所示，主電阻發熱體22係自被配設於陶瓷板20的中央部（陶瓷板20的內表面20b之中，被筒狀轉軸40包圍之領域）之一對端子22a,22b的一者，使端開始，以一筆劃之要領，在複數折返部折返地，配線於第1表面P1的大概全域，之後，到達一對端子22a,22b的另一者。主電阻發熱體22係具有迂迴氣孔26或舉升銷孔28之彎曲部22p。主電阻發熱體22係將高熔點金屬或其碳化物當作主成分之線圈。高熔點金屬係可例舉例如鎢、鉬、鉭、白金、錸、鉿及這些之合金等。高熔點金屬之碳化物，可例舉例如碳化鎢或碳化鉬等。主電阻發熱體22係線圈，所以，鄰接之線圈們之間隔被設定得較寬，使得不短路。

如圖4所示，內周側副電阻發熱體23係自被配設於陶瓷板20的中央部之一對端子23a,23b的一者，使端開始，以一筆劃之要領，在複數折返部折返地，配線於內周側區塊Z1的大概全域，之後，到達一對端子23a,23b的另一者。內周側副電阻發熱體23係當俯視晶圓放置面20a時，被配置於與主電阻發熱體22的端子22a,22b重疊之位置。如圖4所示，外周側副電阻發熱體25係自被配設於陶瓷板20的中央部之一對端子25a,25b的一者，使端開始，以一筆劃之要領，在複數折返部折返地，被配線於外周側區塊Z2的大概全域，之後，到達一對端子25a,25b的另一者。內周側副電阻發熱體23及外周側副電阻發熱體25，係高熔點金屬或其碳化物之絲帶（既平坦且細長之形狀），藉印刷高熔點金屬或其碳化物之膏體而被形成。因此，副電阻發熱體23,25係可做自由度較高之配線。具體說來，副電阻發熱體23,25的絲帶之線寬，係被形成得比主電阻發熱體22之線圈直徑還要小。又，被配線使得副電阻發熱體23,25的鄰接之絲帶們之間隔，比主電阻發熱體22的鄰接之線圈們之間隔還要窄。又，副電阻發熱體23,25係被配線，使得折返部23c們彼此面對的部分或折返部25c們彼此面對的部分之間隔，比主電阻發熱體22的折返部22c們彼此面對的部分之間隔還要窄。又，副電阻發熱體23,25係與主電阻發熱體22相比較下，被配線至氣孔26或舉升銷孔28之旁邊。

筒狀轉軸40係與陶瓷板20相同地，以氮化鋁、氧化鋁等之陶瓷所形成。筒狀轉軸之內徑係例如40mm左右，外徑係例如60mm左右。此筒狀轉軸40係上端被擴散接合於陶瓷板20。在筒狀轉軸40的內部，係配置有分別被連接於主電阻發熱體22的一對端子22a,22b之供電棒42a,42b。又，在筒狀轉軸40的內部，配置有分別連接於內周側副電阻發熱體23的一對端子23a,23b之供電棒43a,43b，或分別連接於外周側副電阻發熱體25的一對端子25a,25b之供電棒45a,45b。供電棒42a,42b係被連接於主電阻用電源32，供電棒43a,43b係被連接於副電阻用第1電源33，供電棒45a,45b係被連接於副電阻用第2電源35。而且，雖然未圖示，但是，供給氣體到氣孔26之氣體供給管或貫穿舉升銷孔28之舉升銷，也被配置於筒狀轉軸40的內部。

接著，說明陶瓷加熱器10之使用例。首先，在未圖示之真空腔體內，設置陶瓷加熱器10，放置晶圓W到該陶瓷加熱器10的晶圓放置面20a。而且，藉電源32,33,35調整供給到電阻發熱體22,23,25之電力，使得由未圖示之外周側熱電偶所檢出之外周側區塊Z2之溫度，成為事先決定之外周側目標溫度，同時被未圖示之內周側熱電偶所檢出之內周側區塊Z1之溫度，成為事先決定之內周側目標溫度。藉此，控制使得晶圓W之溫度成為期望之溫度。此時，主電阻發熱體22係以線圈形成，所以，係使用於大致之控制，使得各區塊Z1,Z2之溫度成為各目標溫度。又，內周側及外周側副電阻發熱體23,25，係以比線圈還要高密度地配線之絲帶所形成，所以，使用於微調，使得各區塊Z1,Z2之溫度成為各目標溫度。而且，設定使得真空腔體內成為真空環境氣體或減壓環境氣體，在真空腔體內產生電漿，利用該電漿以實施CVD成膜或蝕刻於晶圓W。

在以上說明過之本實施形態之陶瓷加熱器10中，副電阻發熱體23,25係絲帶狀，所以，可藉印刷而製作，可使線寬或線間較小，變得可做自由度較高之配線。因此，副電阻發熱體23,25係可補全由線圈狀主電阻發熱體22所做之加熱，以微調溫度。因此，即使主電阻發熱體22使用線圈時，也可獲得充分之均熱性。

又，主電阻發熱體22係線圈，所以，當配線時，有其限制。所以，當製作陶瓷加熱器10時，係有時埋設線圈於陶瓷粉末後，燒製之。在此情形下，在陶瓷粉末內，有時線圈會移動，所以，必須考慮這些而配線線圈。因此，例如主電阻發熱體22係使鄰接之線圈們之間隔，或折返部22c們彼此相向之部分之間隔，做比較寬之配線。又，例如主電阻發熱體22係必須迂迴氣孔26或舉升銷孔28以配線之。因此，在鄰接之線圈們之間之部分或折返部22c們彼此相向之部分、孔26,28的周圍等，溫度係較容易比其他部分還要低，溫度之微調較困難。在此，做為配線自由度高於線圈之絲帶之副電阻發熱體23,25，係被配線使得線間比主電阻發熱體22還要窄，被配線至孔26,28旁邊為止。因此，以由副電阻發熱體23,25所做之加熱，補全藉由主電阻發熱體22所做之加熱，溫度容易變得較低之部分等，可微調溫度。而且，線圈們之間隔係通常須要1mm左右。相對於此，絲帶們之間隔係絲帶可藉印刷製作，所以，可做成0.3mm左右。

而且，主電阻發熱體22與副電阻發熱體23,25，係分別被設於陶瓷板的內部之中，不同表面P1,P2，所以，其與使兩者設於同一表面內之情形相比較下，可更提高副電阻發熱體23,25之配線自由度。因此，較容易微調晶圓放置面20a之溫度。在此，主電阻發熱體22係比一般之絲帶狀電阻發熱體，發熱量較多之線圈狀電阻發熱體，副電阻發熱體23,25係厚度比線圈狀電阻發熱體還要薄之絲帶狀電阻發熱體。因此，其與兩者係線圈狀之情形相比較下，可使電阻發熱體之厚度較薄，進而可使陶瓷板20之厚度較薄。又，其與兩者係絲帶狀之情形相比較下，發熱量可較容易較大，適合於陶瓷加熱器10之高溫化。

而且，又，設有副電阻發熱體23,25之第2表面P2，係處於設有主電阻發熱體22之第1表面P1與晶圓放置面20a之間，所以，由副電阻發熱體23,25所做之加熱，較容易反映到晶圓放置面20a之溫度。因此，較容易微調晶圓放置面20a之溫度。

而且，副電阻發熱體23,25係分別設於第2表面P2內的兩個區塊Z1,Z2，所以，可個別調整各區塊之溫度。尤其，在被分成比第1表面P1還要多區塊之第2表面P2的區塊Z1,Z2，係設有適合微調溫度之副電阻發熱體23,25，所以，較容易微調晶圓放置面20a之溫度。副電阻發熱體23,25係配線自由度較高，所以，適合於多區塊化。

而且，又，當俯視晶圓放置面20a時，在與主電阻發熱體22的端子22a,22b重疊之位置，配置有內周側副電阻發熱體23，所以，以由內周側副電阻發熱體23所做之加熱，補全容易變低溫之主電阻發熱體22的端子22a,22b之正上方附近，以可微調溫度。

而且，本發明係並不侷限於上述實施形態，只要屬於本發明之技術性範圍，當然可藉種種態樣實施。

例如在上述之實施形態中，雖然使副電阻發熱體23,25為絲帶，但是，本發明並不侷限於此，其只要係二維形狀時，也可採用任何形狀。如果係二維形狀時，可藉印刷膏體而製作，所以，可較容易使副電阻發熱體23,25較細，而可高密度地配線。

上述實施形態之副電阻發熱體23,25，係也可以含有陶瓷。例如也可以在藉印刷副電阻發熱體23,25而形成時之膏體，含有陶瓷。藉此，可使副電阻發熱體23,25之熱膨脹係數接近陶瓷板20之熱膨脹係數，同時可提高副電阻發熱體23,25與陶瓷板20之接合強度。

在上述之實施形態中，第2表面P2係處於第1表面P1與晶圓放置面20a之間者，但是，第2表面P2也可以處於第1表面P1與陶瓷板20的內表面20b之間。

在上述之實施形態中，雖然使副電阻發熱體23,25的絲帶們之間隔，比主電阻發熱體22的線圈們之間隔還要窄，但是，只要藉由副電阻發熱體23,25所做之加熱，能補全由主電阻發熱體22所做之加熱時，其也可以為任何配線。例如副電阻發熱體23,25的絲帶們之間隔，也可以與主電阻發熱體22的線圈們之間隔為同程度，在對應主電阻發熱體22的線圈們之間之部分，配線副電阻發熱體23,25。又，雖然使副電阻發熱體23,25的絲帶之線寬，比主電阻發熱體22的線圈直徑還要細，但是，其也可以與主電阻發熱體22之線圈直徑為同等或其以上。

在上述之實施形態中，在陶瓷板20也可以內建靜電電極。在此情形下，於放置晶圓W在晶圓放置面20a後，藉施加電壓到靜電電極，可靜電吸附晶圓W到晶圓放置面20a。或者，也可以內建RF電極到陶瓷板20。在此情形下，係在晶圓放置面20a之上方，空出空間以配置未圖示之淋浴頭，供給高頻電力到由淋浴頭與RF電極所構成之平行平板電極間。藉此，產生電漿，利用該電漿，可實施CVD成膜或蝕刻於晶圓W。而且，也可使靜電電極與RF電極兼用。

在上述之實施形態中，雖然說明過第2表面P2的外周側區塊Z2係一個區塊，但是，其也可以被分割為複數小區塊。在此情形下，於各小區塊配線有電阻發熱體。小區塊係可藉與陶瓷板20為同心圓之邊界線，分割外周側區塊Z2，藉此，形成環狀，或者，以自陶瓷板20的中心成放射狀延伸之線，分割外周側區塊Z2，藉此，形成扇形（展開圓錐座的側面後之形狀）。藉如此地分割為扇形，變得可改善陶瓷板20之在圓周方向之均熱性，變得可更精細地做溫度控制。

在上述之實施形態中，雖然說明過第2表面P2的內周側區塊Z1係一個區塊，但是，其也可以分割為複數小區塊。在此情形下，於各小區塊配線有電阻發熱體。小區塊係可以藉與陶瓷板20為同心圓之邊界線，分割內周側區塊Z1，藉此，形成環狀與圓形狀，或者，藉自陶瓷板20的中心成放射狀延伸之線，分割內周側區塊Z1，藉此，形成扇形（展開圓錐的側面後之形狀）。

在上述之實施形態中，第2表面P2係被分割為圓形之內周側區塊Z1與環狀之外周側區塊Z2，但是，其也可以藉自陶瓷板20的中心成放射狀延伸之線，分割第2表面P2，藉此，形成扇形（展開圓錐的側面後之形狀）。

在上述之實施形態中，雖然說明過第1表面P1係一個區塊，但是，其也可以被分割為兩個以上之小區塊。在此情形下，於各小區塊配線有主電阻發熱體。分割成複數小區塊之方法，係只要自在第2表面P2說明過之分割方法，適宜選擇即可。在此情形下，第2表面P2最好係分割為比第1表面P1之區塊數還要多之區塊數。如此一來，較容易藉副電阻發熱體微調晶圓放置面之溫度。

本申請案係將在2019年1月25日所申請之日本專利出願第2019-011302號，當作優先權主張之基礎，因為引用而其內容之全部包含於本專利說明書。 ［產業上之利用可能性］

本發明係可利用於半導體製造裝置。

10:陶瓷加熱器 20:陶瓷板 20a:晶圓放置面 20b:內表面 20c:虛擬邊界 22:主電阻發熱體 22a,22b:端子 22c:折返部 22p:彎曲部 23:內周側副電阻發熱體 23a,23b:端子 23c:折返部 25:外周側副電阻發熱體 25a,25b:端子 25c:折返部 26:氣孔 28:舉升銷孔 32:主電阻用電源 33:副電阻用第1電源 35:副電阻用第2電源 40:筒狀轉軸 42a,42b:供電棒 43a,43b:供電棒 45a,45b:供電棒 W:晶圓 Z1:內周側區塊 Z2:外周側區塊

〔圖1〕係陶瓷加熱器10之立體圖。 〔圖2〕係陶瓷加熱器10之縱剖面圖。 〔圖3〕係以第1表面P1切斷陶瓷板20，以自上方觀得之剖面圖。 〔圖4〕係以第2表面P2切斷陶瓷板20，以自上方觀得之剖面圖。

10:陶瓷加熱器

20:陶瓷板

20a:晶圓放置面

20b:內表面

40:筒狀轉軸

W:晶圓

Claims (7)

1. 一種陶瓷加熱器，其包括： 陶瓷板，具有晶圓放置面； 主電阻發熱體，被設於在該陶瓷板的內部，與該晶圓放置面平行之第1表面內，呈線圈狀；以及 副電阻發熱體，被設於該陶瓷板的內部，與該第1表面平行之第2表面，補全由該主電阻發熱體所做之加熱，呈二維形狀。
2. 如請求項1之陶瓷加熱器，其中該第2表面係處於該第1表面與該晶圓放置面之間。
3. 如請求項1或2之陶瓷加熱器，其中該副電阻發熱體係含有陶瓷。
4. 如請求項1～3中任一項之陶瓷加熱器，其中該主電阻發熱體係分別被設於該第1表面內的m個（m係1以上之整數）區塊， 該副電阻發熱體係分別被設於該第2表面內的n個（n係比m還要大之整數）區塊。
5. 如請求項1～4中任一項之陶瓷加熱器，其中該副電阻發熱體係被分割成扇形。
6. 如請求項1～5中任一項之陶瓷加熱器，其中該副電阻發熱體係比該主電阻發熱體還要接近孔。
7. 如請求項1～6中任一項之陶瓷加熱器，其中當俯視該晶圓放置面時，在與該主電阻發熱體的端子重疊之位置，配置有該副電阻發熱體。

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