TWI803817B - 陶瓷加熱器以及熱電偶導件 - Google Patents

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Abstract

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；筒狀軸40，係一端與陶瓷板20中與晶圓載置面20a係相反側的背面20b被接合；軸內區域20d，係陶瓷板20之背面20b中是筒狀軸40之內側；長孔26，係從軸內區域20d之外周部的起點S至陶瓷板20之外周部的終端位置E；以及熱電偶導件，係以外周側熱電偶50的頭端進入長孔26之起點S的方式引導；熱電偶導件32中從筒狀軸40之下端至長孔26之起點S的部分係被設置成沿著筒狀軸40之內壁的形狀。

Description

陶瓷加熱器以及熱電偶導件
本發明係有關於一種陶瓷加熱器以及熱電偶導件。
以往，作為陶瓷加熱器，係已知被稱為2區加熱器者，該2區加熱器係在具有晶圓載置面之圓板形之陶瓷板的內周側與外周側分別獨立地埋入電阻發熱體。例如，在專利文獻1，係揭示圖8所示之具有軸的陶瓷加熱器410。此具有軸之陶瓷加熱器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，而方向轉換90°。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。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(圖11)
[發明所欲解決之課題]
可是，熱電偶導件432係被設置於直軸440之內部的中央附近，狹縫426a係沿著陶瓷板420之背面中被直軸440包圍之區域的直徑方向所設置。因此，在欲配置複數個端子的情況，具有端子等之配置的自由度受到限制的問題。
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，提高端子等之配置的自由度。 [解決課題之手段]
本發明之第1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，係一端與該陶瓷板中與該晶圓載置面係相反側的背面被接合； 內周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之內周部； 外周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之外周部； 軸內區域，係該陶瓷板之該背面中是該筒狀軸之內側； 長孔，係從該軸內區域之外周部的起點至該陶瓷板之外周部的既定終端位置； 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之一對端子及該外周側電阻發熱體之一對端子；以及 熱電偶導件，係以熱電偶的頭端進入該長孔之該起點的方式引導； 該熱電偶導件中從該筒狀軸之另一端至該長孔之該起點的部分係被設置成沿著該筒狀軸之內壁的形狀。
在此陶瓷加熱器，熱電偶導件中從筒狀軸之另一端(與在陶瓷板之背面所接合的端部係相反側的端部)至長孔之起點的部分係被設置成沿著筒狀軸之內壁的形狀。因為依此方式沿著筒狀軸之內壁設置熱電偶導件，所以在軸內區域之中央的附近配置附屬元件，或在筒狀軸之內部空間配置該附屬元件所連接之各種構件，亦附屬元件或各種構件係與熱電偶難發生干涉。因此，在多區加熱器，可提高附帶元件之配置的自由度。
在本發明之第1陶瓷加熱器，亦可該熱電偶導件係往該長孔的該起點沿著該筒狀軸之內壁彎曲成形成螺旋的一部分。依此方式，易於使熱電偶導件沿著筒狀軸之內壁。
在本發明之第1陶瓷加熱器，亦可該熱電偶導件係以隨著接近該陶瓷板之該長孔而朝向該長孔之長邊方向的方式彎曲。依此方式，易於將熱電偶插入長孔。
在本發明之第1陶瓷加熱器，亦可該長孔係從該起點往該終端位置彎曲。依此方式，在陶瓷板有貫穿孔等之障礙物的情況，可將熱電偶配置成避開該障礙物。
在本發明之第1陶瓷加熱器，亦可該長孔係從該起點往該終端位置彎曲；從該筒狀軸的該另一端側觀察該陶瓷加熱器時，該長孔的彎曲方向係與該熱電偶導件的彎曲方向一致。依此方式，在陶瓷板有貫穿孔等之障礙物的情況，可將熱電偶配置成避開障礙物，在插入熱電偶時可圓滑地插入熱電偶。
在本發明之第1陶瓷加熱器，亦可具有熱電偶，該熱電偶係藉該熱電偶導件所引導，並被配置成從該筒狀軸之該另一端通過該長孔後到達該終端位置。
本發明之第2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，係一端與該陶瓷板中與該晶圓載置面係相反側的背面被接合； 內周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之內周部； 外周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之外周部； 軸內區域，係該陶瓷板之該背面中是該筒狀軸之內側； 長孔，係從該軸內區域之外周部的起點至該陶瓷板之外周部的既定終端位置； 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之一對端子及該外周側電阻發熱體之一對端子；以及 熱電偶，係被配置成從該筒狀軸之另一端通過該長孔，並到該終端位置； 該熱電偶中從該筒狀軸之該另一端至該長孔之該起點的部分係被設置成沿著該筒狀軸之內壁的形狀。
在此陶瓷加熱器，熱電偶中從筒狀軸之另一端(與在陶瓷板之背面所接合的端部係相反側的端部)至長孔之起點的部分係被設置成沿著筒狀軸之內壁的形狀。因為依此方式沿著筒狀軸之內壁設置熱電偶，所以在軸內區域之中央的附近配置附屬元件，或在筒狀軸之內部空間配置附屬元件所連接之各種構件，亦附屬元件或各種構件係與熱電偶難發生干涉。因此，在多區加熱器，可提高附帶元件之配置的自由度。
在本發明之第2陶瓷加熱器，亦可該熱電偶係往該長孔的該起點沿著該筒狀軸之內壁彎曲成形成螺旋的一部分。依此方式，易於使熱電偶沿著筒狀軸之內壁。
在本發明之第2陶瓷加熱器，亦可該熱電偶係以隨著接近該陶瓷板的該長孔而朝向該長孔之長邊方向的方式彎曲。依此方式，易於將熱電偶插入長孔。
在本發明之第2陶瓷加熱器，亦可該長孔係從該起點往該終端位置彎曲。依此方式，在陶瓷板有貫穿孔等之障礙物的情況，可將熱電偶配置成避開該障礙物。
在本發明之第2陶瓷加熱器，亦可該長孔係從該起點往該終端位置彎曲；從該筒狀軸的該另一端側觀察該陶瓷加熱器時，該長孔的彎曲方向係與該熱電偶的彎曲方向一致。依此方式，在陶瓷板有貫穿孔等之障礙物的情況，可將熱電偶配置成避開障礙物，在插入熱電偶時可圓滑地插入熱電偶。
本發明之熱電偶導件係從頭端部至基端部之區間或從該頭端部至該基端部之途中的區間係彎曲成形成螺旋的一部分。
此熱電偶導件係適合利用為構成上述之本發明之第1陶瓷加熱器的熱電偶導件。
一面參照圖面一面在以下說明本發明之適合的實施形態。圖1係陶瓷加熱器10之立體圖，圖2係圖1之A－A的剖面圖，圖3係圖1之B－B的剖面圖，圖4係表示筒狀軸40內之熱電偶導件32之一例的說明圖。
陶瓷加熱器10係為了對被施加蝕刻或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，係與陶瓷板20之和晶圓載置面20a係相反側的面(背面)20b接合。
陶瓷板20係是由陶瓷材料所構成之圓盤形的板，該陶瓷材料係由氮化鋁或氧化鋁等所代表。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成同心圓形的虛擬邊界20c(參照圖3)被區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之內周側區Z1，係埋設內周側電阻發熱體22，而在外周側區Z2，係埋設外周側電阻發熱體24。兩電阻發熱體22、24係由以例如鉬、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更薄的下側板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、氧化鋁等之陶瓷所形成。筒狀軸40係上端與陶瓷板20被進行擴散接合。
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，並一面按照一筆畫之要領在複數個折回部被折回一面被配線於內周側區Z1之約整個區域後，至一對端子22a、22b的另一方。一對端子22a、22b係被設置於陶瓷板20之背面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，並一面按照一筆畫之要領在複數個折回部被折回一面被配線於外周側區Z2之約整個區域後，至一對端子24a、24b的另一方。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之長孔26。長孔26係如圖3所示，從陶瓷板20之背面20b中軸內區域20d的起點S至陶瓷板20之外周部的終端位置E。長孔26係從起點S成直線地延伸至終端位置E。
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)的筒形構件。熱電偶導件32係包括：頭端部32b，係位於筒狀軸40的上端；基端部32c，係位於筒狀軸40的下端；以及導部32d，係將從筒狀軸40之下端至起點S的部分設置成沿著筒狀軸40之內壁的形狀。導部32d中至起點S之前面的彎曲部32e係以沿著筒狀軸40之內壁的方式在圓周方向彎曲成繞約1/4圈(即形成螺旋之一部分)。
在導孔32a，係插入外周側熱電偶50。頭端部32b係如圖3所示，被配置於長孔26的起點S。基端部32c係位於比筒狀軸40之下端更下方。導部32d係將在導孔32a所插入之外周側熱電偶50引導成從基端部32c圓滑地移至頭端部32b。彎曲部32e係以隨著接近長孔26而頭端部32b朝向長孔26之長邊方向的方式所形成。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，配置供電棒42a、42b或供電棒44a、44b，該供電棒42a、42b係與內周側電阻發熱體22之一對端子22a、22b的各個連接，該供電棒44a、44b係與外周側電阻發熱體24之一對端子24a、24b的各個連接。在筒狀軸40之內部，係亦配置內周側熱電偶48或外周側熱電偶50，而該內周側熱電偶48係用以測量陶瓷板20的中央之附近的溫度，該外周側熱電偶50係用以測量陶瓷板20的外周之附近的溫度。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，並頭端的測溫部48a與陶瓷板20接觸。凹部49係被設置於與各端子22a、22b、24a、24b不會發生干涉的位置。外周側熱電偶50係護套熱電偶，並通過熱電偶導件32的導孔32a及長孔26，頭端的測溫部50a到達長孔26的終端位置E。
其次，說明陶瓷加熱器10之製造例。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的各個接合，並將陶瓷板20與筒狀軸40接合後，將熱電偶導件32裝入筒狀軸40之內部，並將頭端部32b固定於長孔26的起點S。在此時，熱電偶導件32係因為是沿著筒狀軸40之內壁的形狀，所以可在不會與供電棒42a、42b、44a、44b或內周側熱電偶48發生干涉下，設定於筒狀軸40之內部。然後，將外周側熱電偶50插入熱電偶導件32之導孔32a，並使測溫部50a到達長孔26的終端位置E。
其次，說明陶瓷加熱器10之使用例。首先，在未圖示之真空室內設置陶瓷加熱器10，再將晶圓W載置於該陶瓷加熱器10的晶圓載置面20a。然後，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所檢測出的溫度成為預定之內周側目標溫度，而且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所檢測出的溫度成為預定之外周側目標溫度。藉此，晶圓W之溫度被控制成成為所要的溫度。接著，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，並利用該電漿對晶圓W實施CVD成膜或蝕刻。
在以上所說明之本實施形態的陶瓷加熱器10，熱電偶導件32中從筒狀軸40之下端至長孔26之起點S的部分係被設置成沿著筒狀軸40之內壁的形狀。因為依此方式沿著筒狀軸40之內壁設置熱電偶導件32或外周側熱電偶50，所以在軸內區域20d之中央的附近配置端子22a、22b、24a、24b(附帶元件)，或在筒狀軸40之內部空間配置在端子22a、22b、24a、24b所連接之供電棒42a、42b、44a、44b，亦那些元件係與熱電偶導件32或外周側熱電偶50難發生干涉。因此，在是多區加熱器之陶瓷加熱器10，可提高附帶元件之配置的自由度。
又，在本實施形態的陶瓷加熱器10，係因為彎曲部32e係往長孔26的起點S沿著筒狀軸40之內壁彎曲成形成螺旋的一部分，所以易於使熱電偶導件32或外周側熱電偶50沿著筒狀軸40之內壁。
進而，因為熱電偶導件32之導部32d係以隨著接近陶瓷板20之長孔26而朝向長孔26之長邊方向的方式彎曲，所以易於將外周側熱電偶50插入長孔26。
此外，本發明係絲毫未被限定為上述之實施形態，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，在上述之實施形態，長孔26係從起點S成直線地延伸至終端位置E，但是，不限定為此。例如，如圖5所示，亦可長孔26係採用從起點S往終端位置E彎曲的形狀。依此方式，在陶瓷板20有貫穿孔等之障礙物的情況，亦可將外周側熱電偶50配置成避開障礙物。又，如圖6所示，亦可從筒狀軸40的下端側觀察陶瓷加熱器10時之長孔26的彎曲方向係與彎曲部32e的彎曲方向一致。在圖6，係在從筒狀軸40的下端側觀察陶瓷加熱器10時，彎曲部32e係往起點S向右方向彎曲，長孔26係從起點S往終端位置E向右方向彎曲。此外，在從筒狀軸40的下端側觀察陶瓷加熱器10時若彎曲部32e往起點S向左方向彎曲，則長孔26係從起點S往終端位置E向左方向彎曲。依此方式，在陶瓷板20有貫穿孔等之障礙物的情況，可一面將外周側熱電偶50配置成避開障礙物，一面圓滑地插入外周側熱電偶50。此外，圖5及圖6之符號係與在上述之實施形態所使用的符號相同。
在上述之實施形態，彎曲部32e係採用以沿著筒狀軸40之內壁的方式在圓周方向繞約1/4圈的形狀，但是，不限定為此。例如，彎曲部32e亦可採用以沿著筒狀軸40之內壁的方式在圓周方向繞約1/2圈的形狀，亦可採用繞1圈以上的形狀。
在上述之實施形態，係將兩電阻發熱體22、24作成線圈形狀，但是不是特別地被限定為線圈形狀，例如亦可是印刷圖案，亦可是帶形狀或網孔形狀等。
在上述之實施形態，亦可長孔26內之外周側熱電偶50的測溫部50a係如圖7所示，被配置成在從背面20b觀察時位於外周側電阻發熱體24的寬度(即線圈的寬度w)內。亦可在外周側電阻發熱體24不是線圈形狀而是帶形狀(細長的平板狀)的情況，係被配置成位於該帶的寬度內。依此方式，可藉外周側熱電偶50之測溫部50a高度反應地檢測出外周側電阻發熱體24的溫度變化。
在上述之實施形態，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。
在上述之實施形態，亦可在內周側電阻發熱體22與外周側電阻發熱體24之間設置一個以上的環狀區域，並在各環狀區域配置電阻發熱體。
在上述之實施形態，係將熱電偶導件32之在上下方向的長度作成與筒狀軸40的高度大致相同，但是作成比筒狀軸40的高度短或長都可。
在上述之實施形態，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之要領到處拉電阻發熱體。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之要領到處拉電阻發熱體。端子之個數係因應於小區之個數而增加，但是這些端子係因為與熱電偶導件32不會發生干涉，所以即使端子之個數變多，亦可比較易於配置於軸內區域20d之中央的附近。
在上述之實施形態，係舉例表示將供電棒42a、42b、44a、44b與陶瓷板20之端子22a、22b、24a、24b的各個接合，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的各個接合。又，亦可熱電偶導件32係預先被固定於長孔26的起點S，在將供電棒42a、42b、44a、44b與端子22a、22b、24a、24b的各個接合後，將筒狀軸40與陶瓷板20之背面20b接合。
在上述之實施形態，係將外周側熱電偶50插入熱電偶導件32之導孔32a並使測溫部50a到達長孔26之終端位置E後，亦將熱電偶導件32配置於筒狀軸40之內部，但是，不限定為此。例如，亦可在將外周側熱電偶50插入熱電偶導件32之導孔32a後，拆下熱電偶導件32。
本專利申請係將於2020年2月3日所申請之日本專利申請第2020－016113號作為優先權主張的基礎，藉引用在本專利說明書包含其內容的全部。
10:陶瓷加熱器 20:陶瓷板 20b:背面 20c:虛擬邊界 20d:軸內區域 22:內周側電阻發熱體 24:外周側電阻發熱體 22a,22b,24a,24b:端子 26:長孔 32:熱電偶導件 32a:導孔 32b:頭端部 32e:彎曲部 40:筒狀軸 42a,42b,44a,44b:供電棒 48:內周側熱電偶 49:凹部 50:外周側熱電偶 50a:測溫部 Z1:內周側區 Z2:外周側區 E:終端位置 S:起點
[圖1] 係陶瓷加熱器10之立體圖。 [圖2] 係圖1之A－A的剖面圖。 [圖3] 係圖1之B－B的剖面圖。 [圖4] 係表示筒狀軸40內之熱電偶導件32之一例的說明圖。 [圖5] 係陶瓷加熱器10之別例的說明圖。 [圖6] 係陶瓷加熱器10之別例的說明圖。 [圖7] 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8] 係習知例的說明圖。
10:陶瓷加熱器
20:陶瓷板
20b:背面
20c:虛擬邊界
20d:軸內區域
22:內周側電阻發熱體
24:外周側電阻發熱體
22a,22b,24a,24b:端子
26:長孔
32:熱電偶導件
32a:導孔
32b:頭端部
32e:彎曲部
40:筒狀軸
42a,42b,44a,44b:供電棒
48:內周側熱電偶
49:凹部
50:外周側熱電偶
50a:測溫部
E:終端位置
S:起點
Z1:內周側區
Z2:外周側區

Claims (6)

  1. 一種陶瓷加熱器，其係：包括：圓盤形之陶瓷板，係具有晶圓載置面；筒狀軸，係一端與該陶瓷板中與該晶圓載置面係相反側的背面被接合；內周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之內周部；外周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之外周部；軸內區域，係該陶瓷板之該背面中是該筒狀軸之內側；長孔，係從該軸內區域之外周部的起點至該陶瓷板之外周部的既定終端位置；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之一對端子及該外周側電阻發熱體之一對端子；以及熱電偶導件，係以熱電偶的頭端進入該長孔之該起點的方式引導；該熱電偶導件中從該筒狀軸之另一端至該長孔之該起點的部分係被設置成沿著該筒狀軸之內壁的形狀；該熱電偶導件係往該長孔的該起點沿著該筒狀軸之內壁彎曲成形成螺旋的一部分；該長孔係從該起點往該終端位置彎曲；從該筒狀軸的該另一端側俯視觀察該陶瓷加熱器時，該長孔的彎曲方向係與該熱電偶導件的彎曲方向一致。
  2. 如請求項1之陶瓷加熱器，其中該熱電偶導件係以隨著接近該陶瓷板之該長孔而朝向該長孔之長邊方向的方式彎曲。
  3. 一種陶瓷加熱器，係如請求項1或2之陶瓷加熱器，其係具有熱電偶，該熱電偶係藉該熱電偶導件所引導，並被配置成從該筒狀軸之該另一端通過該長孔後到達該終端位置。
  4. 一種陶瓷加熱器，其係：包括：圓盤形之陶瓷板，係具有晶圓載置面；筒狀軸，係一端與該陶瓷板中與該晶圓載置面係相反側的背面被接合；內周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之內周部；外周側電阻發熱體，係被埋設於該陶瓷板之外周部；軸內區域，係該陶瓷板之該背面中是該筒狀軸之內側；長孔，係從該軸內區域之外周部的起點至該陶瓷板之外周部的既定終端位置；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之一對端子及該外周側電阻發熱體之一對端子；以及熱電偶，係被配置成從該筒狀軸之另一端通過該長孔，並到該終端位置；該熱電偶中從該筒狀軸之該另一端至該長孔之該起點的部分係被設置成沿著該筒狀軸之內壁的形狀；該熱電偶係往該長孔的該起點沿著該筒狀軸之內壁彎曲成形成螺旋的一部分；該長孔係從該起點往該終端位置彎曲；從該筒狀軸的該另一端側俯視觀察該陶瓷加熱器時，該長孔的彎曲方向係與該熱電偶的彎曲方向一致。
  5. 如請求項4之陶瓷加熱器，其中該熱電偶係以隨著接近該長孔而朝向該長孔之長邊方向的方式彎曲。
  6. 一種熱電偶導件，其係從頭端部至基端部之區間或從該頭端部至該基端部之途中的區間係彎曲成形成螺旋的一部分；該熱電偶的彎曲方向係與插入之長孔的彎曲方向一致。
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