TWI805707B - 多區域加熱器 - Google Patents
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Abstract
本發明的多區域加熱器10，其具備：外周部區域加熱器40；及第1及第2素線部41、42。外周部區域加熱器40，係與中央部區域加熱器30以同一平面上，設在被陶瓷基體30的外周部20b，在外周部區20b內從一方的端部40a到另一方的端部40b，以一筆畫的要領，配線在外周部區20b的整個區域的線圈。第1素線部41，係從第1接頭43經過中央部20a連接外周部區40的一方的端部40a，平面視時的形狀為蛇行形狀。第2素線部42，係從第2接頭44經過中央部20a連接外周部區域加熱器40的另一方的端部40b，平面視時的形狀為蛇行形狀。
Description
本發明係關於多區域加熱器。
在半導體製造裝置，採用用於加熱晶圓的陶瓷加熱器。如此的陶瓷加熱器，已知所謂2區域加熱器。如此的2區域加熱器，已知如專利文獻1所揭示，在陶瓷基體中，將中央部區域加熱器及外周部區域加熱器埋設在同一平面，藉由對各區域加熱器分別獨立施加電壓，獨立控制來自各區域加熱器的發熱。各區域加熱器，係由線圈構成。外周部區域加熱器的兩個接頭，係設於陶瓷基體的中央部。各接頭，係經由導電連接部連接外周部區域加熱器。導電連接部，係形成從接頭通過中央部到外周部。在專利文獻1，由於在中央部，導電連接部周邊的溫度有相對較低的傾向，故提案增大導電連接部周圍的線圈的單位面積當量的發熱量。
［先前技術文獻］
［專利文獻］
專利文獻1：日本專利第3897563號公報
［發明所欲解決的課題］
然而，將導線連接部以線圈構成時，有時該線圈會發熱而對中央部區域加熱器的中央部溫度控制造成影響。另一方面，將導電連接部以素線構成時，由於發熱量少而不會對中央部區域加熱器的中央部溫度控制造成很大的影響。但是，以素線做導電連接部，則例如改變中央部區域加熱器與外周部區域加熱器的功率比時，或因改變設定溫度而增減對兩區域加熱器供給的功率時，有在導線連接部的周邊發生冷點或熱點的情形。另一方面，將陶瓷加熱器在反覆發生熱循環的環境下使用，則會在埋設陶瓷基體的線圈與陶瓷基體之間產生熱膨脹差，而如果素線為直線狀則無法完全吸收該熱膨脹差，而有因素線兩端所產生的熱應力而使陶瓷基體破損的情形。
本發明係為解決如此的課題而完成，以提供可防止使用環境變化時產生冷點及熱點的同時，可防止加熱器破損為主要目標。
［用於解決課題的手段］
本發明的多區域加熱器，其具備：
圓盤狀陶瓷基體，其具有晶圓載置面；
線圈狀或網狀的中央部區域加熱器，其係設於上述陶瓷基體的中央部；
線圈狀或網狀外周部區域加熱器，其係與上述中央部區域加熱器以同一平面上，設在分別對應上述陶瓷基體的外周部的1以上的外周部區域，在上述外周部區內從一方的端部到另一方的端部，以一筆畫的要領在上述外周部區的整個區域配線；
第1素線部，其係從配置在上述陶瓷基體的上述中央部的第1接頭，通過上述中央部連接上述外周部區域加熱器的一方的接頭，平面視時的形狀為蛇行形狀，
第2素線部，其係從配置在上述陶瓷基體的上述中央部的第2接頭，通過上述中央部連接上述外周部區域加熱器的另一方的接頭，平面視時的形狀為蛇行形狀。
在該多區域加熱器，藉由對各區域加熱器分別獨立施加電壓，可獨立控制來自各區域加熱器的發熱。此外，從中央部的第1接頭通過中央部連接外周部區域加熱器的一方的端部的第1素線部及從中央部的第2接頭通過中央部連接外周部區域加熱器的另一方的端部的第2素線部，都不是線圈狀亦不是網狀的素線(即絲狀)。因此，第1及第2素線部，發熱量少，並不會妨礙以中央部區域加熱器控制中央部溫度。另一方面，第1及第2素線部，由於全係以平面視時的形狀為蛇行的形狀，使用環境變化時可在容易發生冷點之處，將形狀作成曲線而增加發熱量，在容易發生熱點之處，將形狀作成直線而抑制發熱量。此外，在反覆發生熱循環的環境下使用多區域加熱器，則埋設在陶瓷基體的加熱器與陶瓷基體之間會產生熱膨脹差，但由於第1及第2素線部係蛇行的形狀，故可吸收該熱膨脹差。因此，可緩和在第1及第2素線部的兩端所產生的熱應力。如此，根據本發明的多區域加熱器，在使用環境變化時，可防止發生冷點或熱點的同時，可防止陶瓷基體的破損。
在本發明的多區域加熱器，上述第1素線部及上述第2素線部，可具有互相接近的部分及離間的部分。在使用環境變化時容易發生冷點之處，使之互相接近增加發熱量，在容易發生熱點之處，使之互相離間抑制發熱量。如此，在使用環境變化時更容易防止發生冷點及熱點。
在本發明的多區域加熱器，上述第1素線部及上述第2素線部，可分別具有複數彎曲部。如此，與彎曲部只有1處的情形相比，可使各素線部周邊的發熱量更細微地變化。
在本發明的多區域加熱器，上述外周部區域，可複數設在上述陶瓷基體的上述外周部。如此，可獨立控制來自設在每個外周部區的外周部區域加熱器的發熱，故容易精度良好地控制外周部的溫度。
在本發明的多區域加熱器，上述第1素線部及上述第2素線部的單位長度當量的電阻值，可較上述外周部區域加熱器的單位長度當量的電阻值小。如此，可使第1素線部及第2素線部的單位長度當量的發熱量較外周部區域加熱器的單位長度當量的發熱量小。例如，可使第1素線部及第2素線部的邊緣徑較外周部區域加熱器的邊緣徑大。
邊參照圖面說明本發明的良好的實施形態。圖1係多區域加熱器10的平面圖、圖2係圖1的A-A剖面圖，圖3係第1及第2素線部41、42的說明圖。再者，圖1，由於係多區域加熱器10的平面圖，故埋設在內部的構件(中央部區域加熱器30及外周部區域加熱器40等)應以隱線(虛線)表示，惟在此在說明的權宜上使用實線表示。
多區域加熱器10，係使用於作為在半導體製造步驟用於加熱半導體晶圓之台。該多區域加熱器10，具備：圓盤狀的陶瓷基體20；中央部區域加熱器30；外周部區域加熱器40；第1素線部41；第2素線部42；及中空軸50。
陶瓷基體20，係以氮化鋁或碳化矽、氮化矽、氧化鋁等所代表的陶瓷材料組成的圓盤狀的板。該陶瓷基體20的厚度，例如為0.5mm~30mm。此外，陶瓷基體20的表面係晶圓載置面22。晶圓載置面22，亦可藉由壓紋加工形成複數凹凸，亦可形成複數溝。在陶瓷基體20，有中央部20a及外周部20b。中央部20a，係與陶瓷基體20同心圓的假想邊界線26的內側的圓形領域。外周部20b係假想邊界線26的外側的環狀領域。
中央部區域加熱器30，係埋設在陶瓷基體20的中央部20a。該中央部區域加熱器30，係從配設在陶瓷基體20的中央附近的一對接頭31、32的一方的接頭31到另一方的接頭32，在中央部20a的整個區域，以一筆畫的要領配線的線圈。兩接頭31、32，分別經由供電構件33、34，與中央部區域加熱器用電源35連接。該電源35藉由控制器52控制。中央部區域加熱器30，從一方的接頭31到另一方的接頭32均以線圈(在圖1將線圈以粗線表示)構成。線圈，有時按照中央部20a內之處適宜變更單位長度當量的卷數。例如，因對晶圓的電漿輸熱部分不同而有時在晶圓發生溫度不均，為消除該溫度不均有時按照地方變更單位長度當量的卷數。線圈單位長度當量的卷數越多發熱量變多而容易變高溫。亦可取代變更線圈的卷數，變更卷徑或線間距(鄰接線圈的間隔)。線圈的材質，可舉例如，鉬、鎢或鉬/鎢化合物等。供電構件33、34，以金屬製為佳，以Ni製更佳。此外，供電構件33、34的形狀，可舉桿狀、絲狀等。各接頭31、32與各供電構件33、34的連接，只要使用螺絲、鉚、嵌合、硬焊、焊接、共晶焊等即可。
外周部區域加熱器40，係埋設在陶瓷基體20的外周部20b。外周部區域加熱器40，係與中央部區域加熱器30設在相同的平面。在本實施形態，外周部20b，具有一個外周部區域。因此，外周部20b與外周部區域一致。外周部區域加熱器40，係在外周部20b內從一方的端部40a到另一方的端部40b，以一筆畫的要領，配線在外周部20b的整個區域的線圈。該線圈亦與內圓周部區域加熱器30同樣，按照外周部20b內之處適宜變更單位長度當量的卷數、卷徑、或線間距離(鄰接的線圈的間隔)。線圈的材質，可舉例如，鉬、鎢或鉬/鎢化合物等。
第1素線部41，係從在陶瓷基體20的中央部20a排列配置的第1及第2接頭43、44之中的第1接頭43經過中央部20a連接外周部區域加熱器40的一方的端部40a的絲。該第1素線部41，平面視時的形狀為蛇行形狀(即曲折的形狀)。第2素線部42，係從第2接頭44經過中央部20a連接外周部區40的一方的端部40b的絲。該第2素線部42，平面視時的形狀為蛇行形狀。絲的材質，可舉例如鉬、鎢或鉬/鎢化合物等。絲的線徑，並無特別限定，例如以0.3mm以上1.0mm以下為佳。第1及第2接頭43、44，係分別經由供電構件45、46，連接外周部區域加熱器電源47。該電源47，係以控制器52控制。供電構件45、46，以金屬製為佳，以Ni製更佳。此外，供電構件45、46的形狀，可舉桿狀、絲狀等。各接頭43、44與各供電構件45，46的連接，使用螺絲、鉚、嵌合、硬焊、焊接、共晶焊等即可。
第1及第2素線部41、42，係如圖3所示，具有互相接近的部分Pa、互相離間的部分Pb及稍微接近的部分Pc。使用環境變化時在第1及第2素線部41、42的周邊容易發生冷點之處，使之互相接近增加發熱量。此外，使用環境變化時在第1及第2素線部41、42的周邊容易發生熱點之處，使之互相離間抑制發熱量。使用環境變化時的溫度的變化，可基於模擬或實驗把握。因此，可根據模擬或實驗的結果設計使哪裡接近或使哪裡離間。
第1及第2素線部41、42，係如3所示分別具有複數彎曲部。在此，第1素線部41，具有4個彎曲部，各個曲率半徑從第1接頭43側為5mm、30mm、9mm、14mm。彎曲部的曲率半徑，以曲率半徑5mm以上為佳。第2素線部42，與第1素線部41係線對稱的形狀，惟並非特別限定於此，亦可為其他的形狀。第1及第2素線部41、42，由於具有如此的複數彎曲部，故與彎曲部只有1處的情形相比可更細地變化第1及第2素線部41、42周邊的發熱量。例如，彎曲部只有1處時，第1及第2素線部41、42互相接近之處(或離間之處)只有一個，具有複數彎曲部時，由於可設複數互相接近之處及離間之處，故可將溫度控制得更細。
中空軸50，係由與陶瓷基體20相同的陶瓷材料組成的圓筒體，在與陶瓷基體20的晶圓載置面22的相反側的面(背面)24一體接合。在該中空軸50的內部，配置供電構件33、34、45、46。
如此的多區域加熱器10，可例如遵照專利文獻1所述的製造方法製造。因此，在此省略關於多區域加熱器10的製造方法。
接著，說明關於多區域加熱器10的使用例。在此，說明關於使用多區域加熱器10，以電漿CVD在晶圓形成半導體薄膜的步驟。多區域加熱器10，係配置在未示於圖的半導體製造裝置的密閉腔體內部。在腔體，裝有供給矽烷氣體等的原料氣體的氣體供給埠或將槍體內的氣體抽氣的真空埠等。
在電漿CVD，首先，將目標溫度設定為~700°C，以控制器52進行陶瓷基體20的溫度控制。控制器52，係從未示於圖的熱電偶輸入陶瓷基體20的中央部20a及外周部20b的溫度，經由電源35、47調節對中央部區域加熱器30及外周部區域加熱器40供應電力進行陶瓷基體20的溫度控制，使各溫度成為各目標溫度。此外，使腔體內為真空的同時，對腔體內供給原料氣體。然後，使陶瓷基體20的中央部20a及外周部20b的溫度大致與目標溫度一致之後，持續陶瓷基體20的溫度控制，將晶圓載置於陶瓷基體20的晶圓載置面22。載置晶圓之後不久，由於晶圓本身的溫度較目標溫度低，故測定溫度會降低數°C，但藉由控制器52的溫度控制會再度上升至目標溫度。以此狀態使電漿產生在晶圓上以原料氣體形成半導體薄膜。
在此，由於多區域加熱器10的第1及第2素線部41、42，並非線圈而為素線(即絲狀)，故發熱量少，而不會妨礙中央部區域加熱器30對陶瓷基體20的中央部20a的溫度控制。另一方面，第1及第2素線部41、42，由於均以平面視時的形狀為蛇行的形狀，故在使用環境變化時容易發生冷點之處，可將形狀作成曲線增加發熱量，而在容易發生熱點之處，可將形狀作成直線抑制發熱量。
根據以上所說明的多區域加熱器10，即使是使用環境變化時(例如改變中央部區域加熱器30與外周部區域加熱器40的功率比時或藉由改變設定溫度增減供給兩區域加熱器30、40的功率時等)，亦可防止在第1及第2素線部41、42的周邊發生冷點或熱點。
此外，將多區域加熱器10在反覆發生熱循環的環境下使用，則埋設在陶瓷基體20的中央部及外周部區域加熱器30、40，會與陶瓷基體20之間發生熱膨脹差，但由於第1及第2素線部41、42係蛇行的形狀會吸收該熱膨脹差。因此，可緩和在第1及第2素線部41、42的兩端所發生的熱應力。因此，可防止陶瓷基體20的破損。
此外，第1及第2素線部41、42，具有互相接近的部分及離間的部分。因此，在使用環境變化時在容易發生冷點之處使之互相接近增加發熱量，在容易發生熱點之處使之互相離間抑制發熱量。因此，可更加容易防止在使用環境變化時發生冷點及熱點。
再者，第1及第2素線部41、42，分別具有複數彎曲部。因此，與彎曲部只有1個的情形相比可使各素線部41、42的周邊的發熱量變化更細微。
再者，本發明並非限定於上述實施形態，只要屬於本發明的技術範圍，可以各種態樣實施，不言而喻。
例如，在上述實施形態，雖例示陶瓷基體20的外周部20b，具有1個外周部區域的情形，惟外周部20b亦可具有複數外周部區域。圖4係表示在環狀的外周部20b，設有2個外周部區域(第1及第2外周部區域20b1、20b2)的多區域加熱器110的平面圖。圖4中，關於與上述實施形態相同的構成要素附以同樣的符號，省略其說明。
第1外周部區域加熱器140，係以與中央部區域加熱器30同一平面設在半圓環狀的第1外周部區20b1。第1外周部區域加熱器140，係在第1外周部區域20b1內從一方的端部140a到另一方的端部140b，以一筆畫的要領，配線在第1外周部區域20b1的整個區域的線圈。第1素線部141，係從在陶瓷基體20的中央部20a排列配置的第1及第2接頭143、144之中的第1接頭143經過中央部20a連接第1外周部區域加熱器140的一方的端部140a的絲。該第1素線部141，平面視時的形狀為蛇行形狀。第2素線部142，係從第2接頭144經過中央部20a連接第1外周部區域加熱器140的一方的端部140b的絲。該第2素線部142，平面視時的形狀為蛇行形狀。
第2外周部區域加熱器150，係以與中央部區30相同的平面設在半圓環狀的第2外周部區20b2。第2外周部區域加熱器150，係在第2外周部區20b2內從一方的端部150a到另一方的端部150b，以一筆畫的要領，配線在第2外周部區20b2的整個區域的線圈。第1素線部151，係從在陶瓷基體20的中央部20a排列配置的第1及第2接頭153、154之中的第1接頭153經過中央部20a連接第2外周部區域加熱器150的一方的端部150a的絲。該第1素線部151，平面視時的形狀為蛇行形狀。第2素線部152，係從第2接頭154經過中央部20a連接第2外周部區域加熱器150的一方的端部150b的絲。該第2素線部152，平面視時的形狀為蛇行形狀。
以圖4的多區域加熱器110，亦可得到與上述實施形態同樣的效果。此外，由於將外周部20b分成第1及第2外周部區20b1、20b2，在第1外周部區20b1設第1外周部區域加熱器140，在第2外周部區20b2設第2外周部區域加熱器150，故與上述實施形態相比可更細微地進行陶瓷基體20的外周部20b的溫度控制。
亦可取代上述實施形態的第1及第2素線部41、42，使用圖5所示第1及第2素線部241，242。第1素線部241與第1素線部41相同，第2素線部242與第1素線部241平行設置。此時，將第1及第2素線部241、242周邊，分成長度相同的四個區段A1~A4時，區段A1與別的區段A2~A4相比，由於第1及第2素線部241、242的彎曲部的曲率半徑較小，區段A1的元素線長度變得較別的區段A2~A4長。因此，區段A1的發熱量變得較別的區段A2~A4大。再者，此點在上述實施形態亦相同。此外，例如將區段A3、A4相比，則以第1及第2素線部241、242加熱的領域在區段A3係圖5的偏左的領域，區段A4係偏右的領域。
在上述實施形態，將中央部區域加熱器30與外周部區域加熱器40的形狀作成線圈狀，惟並非限定於此，亦可例如為篩狀(網狀)。要變更網狀的發熱體密度，例如只要變更網眼的粗細、變更線徑或變更發熱體的面積即可。
在上述實施形態，亦可進一步對陶瓷基體20埋設靜電夾頭用的靜電電極或產生電漿用的高頻波電極。此外，亦可取代將中央部區域加熱器30或外周部區域加熱器40埋設在陶瓷基體20，亦可設在陶瓷基體20的表面。
在上述實施形態，第1及第2素線部41，42的絲的線徑可較中央部及外周部區域加熱器30、40的線圈(與絲相同的材料)的線徑大。即，鋼絲的剖面積亦可較線圈的剖面積大。如此，可使第1及第2素線部41、42單位長度當量的電阻值，較外周部區域加熱器40的單位長度當量的電阻值小。因此，可使第1及第2素線部41、42的單位長度當量的發熱量，較中央部及外周部區域加熱器30、40的單位長度當量的發熱量小。
本發明係主張日本專利申請(特願2018-55520)之優先權，其申請日為西元2018年3月23日，且引用其全部內容包含於本案說明書中。
[產業上的可利性]
本發明可利用在半導體製造裝置用於加熱晶圓的加熱器。
10‧‧‧多區域加熱器
20‧‧‧陶瓷基體
20a‧‧‧中央部
20b‧‧‧外周部
20b1‧‧‧外周部區域
20b2‧‧‧外周部區域
22‧‧‧晶圓載置面
24‧‧‧背面
26‧‧‧假想邊界線
30‧‧‧中央部區域加熱器
31、32‧‧‧接頭
33、34‧‧‧供電構件
35‧‧‧中央部區域加熱器電源
40‧‧‧外周部區域加熱器
40a、40b‧‧‧端部
41‧‧‧第1素線部
42‧‧‧第2素線部
43‧‧‧第1接頭
44‧‧‧第2接頭
45、46‧‧‧供電構件
47‧‧‧外周部區域加熱器電源
50‧‧‧中空軸
52‧‧‧控制器
110‧‧‧多區域加熱器
140‧‧‧第1外周部區域加熱器
140a、140b‧‧‧端部
141‧‧‧第1素線部
142‧‧‧第2素線部
143‧‧‧第1接頭
144‧‧‧第2接頭
150‧‧‧第2外周部區域加熱器
150a、150b‧‧‧端部
151‧‧‧第1素線部
152‧‧‧第2素線部
153‧‧‧第1接頭
154‧‧‧第2接頭
241‧‧‧第1素線部
242‧‧‧第2素線部
［圖1］係多區域加熱器10的平面圖。
［圖2］係圖1的A-A剖面圖。
［圖3］係第1及第2素線部41、42的說明圖。
［圖4］係多區域加熱器110的平面圖。
［圖5］係第1及第2素線部241，242的說明圖。
10‧‧‧多區域加熱器
20‧‧‧陶瓷基體
20a‧‧‧中央部
20b‧‧‧外周部
26‧‧‧假想邊界線
30‧‧‧中央部區域加熱器
31、32‧‧‧接頭
40‧‧‧外周部區域加熱器
40a、40b‧‧‧端部
41‧‧‧第1素線部
42‧‧‧第2素線部
43‧‧‧第1接頭
44‧‧‧第2接頭
Claims (4)
- 一種多區域加熱器，其具備：圓盤狀陶瓷基體，其具有晶圓載置面；線圈狀或網狀的中央部區域加熱器，其係設於上述陶瓷基體的中央部；線圈狀或網狀外周部區域加熱器，其係與上述中央部區域加熱器以同一平面上，設在分別對應上述陶瓷基體的外周部的1以上的外周部區域，在上述外周部區域內從一方的端部到另一方的端部，以一筆畫的要領在上述外周部區域的整個區域配線；第1素線部，其係從配置在上述陶瓷基體的上述中央部的第1接頭，通過設置於上述中央部的上述中央部區域加熱器之間連接上述外周部區域加熱器的一方的接頭，平面視時的形狀為蛇行形狀，第2素線部，其係從配置在上述陶瓷基體的上述中央部的第2接頭，通過設置於上述中央部的上述中央部區域加熱器之間連接上述外周部區域加熱器的另一方的接頭，平面視時的形狀為蛇行形狀，其中上述第1素線部及上述第2素線部，分別具有複數彎曲部，以互相平行的方式設置，曲率半徑小的部分的發熱量比曲率半徑大的部分的發熱量高。
- 一種多區域加熱器，其具備：圓盤狀陶瓷基體，其具有晶圓載置面；線圈狀或網狀的中央部區域加熱器，其係設於上述陶瓷基體的中央部；線圈狀或網狀外周部區域加熱器，其係與上述中央部區域加熱器以同一平面上，設在分別對應上述陶瓷基體的外周部的1以上的外周部區域，在上述外周部區域內從一方的端部到另一方的端部，以一筆畫的要領在上述外周部區域的 整個區域配線；第1素線部，其係從配置在上述陶瓷基體的上述中央部的第1接頭，通過設置於上述中央部的上述中央部區域加熱器之間連接上述外周部區域加熱器的一方的接頭，平面視時的形狀為蛇行形狀，第2素線部，其係從配置在上述陶瓷基體的上述中央部的第2接頭，通過設置於上述中央部的上述中央部區域加熱器之間連接上述外周部區域加熱器的另一方的接頭，平面視時的形狀為蛇行形狀，其中上述第1素線部及上述第2素線部，分別具有複數彎曲部，上述第1素線部及上述第2素線部的周邊，具有互相接近的部分及離間的部分，上述互相接近的部分的上述第1素線部及上述第2素線部的間隔，以比上述互相離間的部分的上述第1素線部及上述第2素線部的間隔小構成，上述互相接近的部分的發熱量比上述互相離間的發熱量高。
- 如請求項1或2之任何一項之多區域加熱器，其中上述外周部區域，係複數設在上述陶瓷基體的上述外周部。
- 如請求項1或2之任何一項之多區域加熱器，其中上述第1素線部及上述第2素線部的單位長度當量的電阻值，較上述外周部區域加熱器的單位長度當量的電阻值小。
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