TWI837264B

TWI837264B - 陶瓷加熱器

Info

Publication number: TWI837264B
Application number: TW108147803A
Authority: TW
Inventors: 石川征樹; 本山修一郎
Original assignee: 日商日本碍子股份有限公司
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2024-04-01

Abstract

陶瓷加熱器10包括陶瓷板20、主阻抗發熱體22以及副阻抗發熱體24。主阻抗發熱體22設置在陶瓷板20的內部，為從一對主端子22a、22b的一方以單一且連續的線的方式到達一對主端子22a、22b的另一方的線圈。副阻抗發熱體24是設置在陶瓷板20內部，以補充由主阻抗發熱體22的加熱的二維形狀的加熱元件。

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，採用了用於加熱晶圓的陶瓷加熱器。作為這樣的陶瓷加熱器，已知所謂的兩區域加熱器。作為這種兩區域加熱器，如專利文獻1所揭露般，在陶瓷基體中，將內周側阻抗發熱體以及外周側阻抗發熱體埋設於同一平面，已知藉由獨立地施加各個電壓於各阻抗發熱體，以獨立地控制來自各個阻抗發熱體的熱。各個阻抗發熱體是由鎢等的高熔點金屬製成的線圈。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特許第3897563號公報

但是，在專利文獻1中，由於各個阻抗發熱體是線圈，因此必須設置間隔以使相鄰的線圈彼此不短路。又，陶瓷加熱器在上下方向設置有貫通陶瓷板的氣孔以及提升銷孔，但是各個阻抗發熱體都需要繞過這些孔。因此，存在不能獲得足夠的熱均勻性的問題。

本發明是為了解決這種問題而完成的，其主要目的是即使在將線圈作為主要阻抗發熱體的情況下也可以獲得足夠的熱均勻性。

本發明的陶瓷加熱器，包括：具有晶圓載置面的陶瓷板，與前述晶圓載置面平行地設置在前述陶瓷板的內部，從一對主端子的一方以單一且連續的線的方式配線後，到達前述一對主端子的另一方的線圈狀的主阻抗發熱體；以及設置在前述陶瓷板的內部，以補充前述主阻抗發熱體的加熱的二維形狀的副阻抗發熱體。

在此陶瓷加熱器中，藉由設置在陶瓷板內部的線圈狀的主阻抗發熱體以加熱載置於晶圓載置面的晶圓。由於主阻抗發熱體是線圈，因此在配線時受到限制。因此，僅藉由利用主阻抗發熱體加熱，容易發生溫度特別降低的點，即溫度奇異點。在本發明中，在陶瓷板的內部設置有加熱溫度奇異點的二維形狀的副阻抗發熱體。由於此副阻抗發熱體是二維形狀，因此可以藉由印刷來製造，並且可以高自由度的配線(例如，線間距離小且密度高的配線等)。因此，副阻抗發熱體可以補充線圈狀的主阻抗發熱體的加熱。因此，即使將線圈作為主阻抗發熱體使用的情況下，也可以獲得足夠的熱均勻性。

又，主阻抗發熱體以及副阻抗發熱體可以由相同材料形成，以不同材料形成也可以。「平行」一詞不僅包括完全平行的情況，也包括實質平行的情況(例如，在公差範圍內的情況等)。副阻抗發熱體設置在與主阻抗發熱體同一平面也可以，設置在不同的平面也可以。「同一」一詞不僅包括完全同一的情況，也包括實質同一的情況(例如，在公差範圍內的情況等)。

在本發明的陶瓷加熱器中，前述陶瓷板具有在上下方向貫通的孔，並且前述副阻抗發熱體設置在前述孔的周圍也可以。主阻抗發熱體以繞過設置在陶瓷板的貫通上下方向的孔的方式配線。因此，孔的周圍容易為溫度奇異點。在此，由於在此孔的周圍設置有副阻抗發熱體，因此可以防止此孔的周圍為溫度奇異點。

在本發明的陶瓷加熱器中，前述主阻抗發熱體以從前述一對主端子的一方一邊在複數個折疊部折疊一邊到達前述一對主端子的另一方的方式形成，並且前述副阻抗發熱體設置在前述主阻抗發熱體的前述折疊部彼此面對的部分也可以。因為主阻抗發熱體的折疊部彼此面對的部分不存在主阻抗發熱體，所以容易為溫度奇異點。在此，由於在此部分設置副阻抗發熱體，所以可以防止此部分為溫度奇異點。

在本發明的陶瓷加熱器中，在前述主阻抗發熱體的配線彼此的間隔設置前述副阻抗發熱體也可以。考慮到絕緣，主阻抗發熱體的配線彼此的間隔是相對較大的間隙，因此容易為溫度奇異點。在此，由於在此間隙設置有副阻抗發熱體，因此可以防止此間隙為溫度奇異點。

在本發明的陶瓷加熱器中，前述副阻抗發熱體與前述主阻抗發熱體形成並聯電路也可以。這樣做的話就不需要在副阻抗發熱體設置專用的端子。

在本發明的陶瓷加熱器中，前述副阻抗發熱體從一對副端子的一方以單一且連續的線的方式配線後，到達前述一對副端子的另一方也可以。這樣做的話可以獨立地分別控制主阻抗發熱體的加熱以及副阻抗發熱體的加熱。

在本發明的陶瓷加熱器中，前述副阻抗發熱體含有陶瓷也可以。藉由含有陶瓷，可以使副阻抗發熱體的熱膨脹係數接近陶瓷板的熱膨脹係數，並且可以提高副阻抗發熱體與陶瓷板之間的接合強度。

在本發明的陶瓷加熱器中，前述副阻抗發熱體以橋接前述主阻抗發熱體的彎曲部的方式設置，並且前述彎曲部的線圈纏繞節距小於前述彎曲部外側的線圈纏繞節距也可以。這樣做的話，由於彎曲部的線圈纏繞節距小於此彎曲部外側的線圈纏繞節距，因此彎曲部的發熱量增加。因此，可以藉由並列設置彎曲部以及副阻抗發熱體，改善彎曲部的發熱量的減少。

10:陶瓷加熱器

20,120,220:陶瓷板

20a:晶圓載置面

20b:內面

20c:假想邊界

22:內周側主阻抗發熱體

22a,22b,122a,122b,222a,222b:主端子

22p:彎曲部

23:內周側副阻抗發熱體

24:外周側主阻抗發熱體

24a,24b:端子

24p:彎曲部

25:外周側副阻抗發熱體

26:氣孔

28:提升銷孔

32:第一電源

34:第二電源

40:筒狀軸

42a,42b,44a,44b:給電棒

122,222:主阻抗發熱體

122c:折疊部

123,223:副阻抗發熱體

123a,123b,223a,223b:副端子

A1,A2:網點區域

W:晶圓

Z1:內周側區域

Z2:外周側區域

第1圖是陶瓷加熱器10的立體圖。

第2圖是陶瓷加熱器10的縱向剖面圖。

第3圖是沿阻抗發熱體22、24水平切斷陶瓷板20並從上方觀察時的剖面圖。

第4圖是沿阻抗發熱體122、123水平切斷陶瓷板120並從上方觀察時的剖面圖。

第5圖是示出陶瓷板120的另一例的剖面圖。

第6圖是沿阻抗發熱體222、223水平切斷並從上方觀察的陶瓷板220的剖面圖。

第7圖是示出陶瓷板220的另一例的剖面圖。

參考圖式並以下說明本發明的較佳實施例。第1圖是第一實施例的陶瓷加熱器10的立體圖，第2圖是陶瓷加熱器10的縱向剖面圖(以包括中心軸的平面切斷的陶瓷加熱器10的剖面圖)，第3圖是沿陶瓷板20的阻抗發熱體22、24水平地切斷並從上方觀察時的剖面圖。第3圖示出了實質地從晶圓載置面20a觀察陶瓷板20時的樣子。又，在第3圖中，省略了表示切斷面的陰影線。

陶瓷加熱器10用於加熱進行蝕刻以及CVD等的處理的晶圓，並且設置在未圖示的真空腔室中。此陶瓷加熱器10包括具有晶圓載置面20a的圓盤狀的陶瓷板20，以及在與陶瓷板20的晶圓載置面20a反對側的面(內面)20b與陶瓷板20同軸的方式接合的筒狀軸40。

陶瓷板20是由以氮化鋁、氧化鋁等為代表的陶瓷材料製成的圓盤狀的板。陶瓷板20的直徑例如為約300mm。儘管未圖示，但是微小的凹凸藉由壓印加工設置在陶瓷板20的晶圓載置面20a。陶瓷板20藉由與陶瓷板20同心圓的假想邊界20c(參考第3圖)被分成小圓形內周側區域Z1以及圓環形外周側區域Z2。假想邊界20c的直徑例如為約200mm。內周側主阻抗發熱體22以及內周側副阻抗發熱體23被埋設在陶瓷板20的內周側區域Z1，並且外周側主阻抗發熱體24以及外周側副阻抗發熱體25被埋設在外周側區域Z2。各個阻抗發熱體22~25設置在與晶圓載置面20a平行的同一平面上。

如第3圖所示，陶瓷板20包括複數個氣孔26。氣孔26從陶瓷板20的內面20b貫通至晶圓載置面20a，並在設置在晶圓載置面20a的凹凸與載置於晶圓載置面20a上的晶圓W之間產生的間隙供給氣體。供給到此間隙的氣體發揮使晶圓載置面20a與晶圓W之間的熱傳導良好的作用。又，陶瓷板20包括複數個提升銷孔28。提升銷孔28從陶瓷板20的內面20b貫通到晶圓載置面20a，並且被提升銷(未圖示)插入。提升銷發揮抬起載置在晶圓載置面20a上的晶圓W的效果。在本實施例中，在同一圓周上等間隔地設置三個提升銷孔28。

如第3圖所示，內周側主阻抗發熱體22從配設在陶瓷板20的中央部(由筒狀軸40包圍的陶瓷板20的內面20b的區域)的一對主端子22a、22b的一方的端處開始，以單一且連續的線的方式一邊在複數個折疊部折疊，一邊配線到內周側區域Z1的幾乎整個區域後，到達一對主端子22a、22b的另一方的方式形成。內周側主阻抗發熱體22以繞過提升銷孔28的方式設置。內周側主阻抗發熱體22是主成分為高熔點金屬或其碳化物的線圈。高熔點金屬可舉出例如鎢、鉬、鉭、鉑、錸、鉿及其合金等。高熔點金屬的碳化物可舉出例如碳化鎢以及碳化鉬等。在內周側區域Z1中，除了內周側主阻抗發熱體22之外，在提升銷孔28的周圍設置有內周側副阻抗發熱體23(參考第3圖的左下框)。提升銷孔28的周圍有在內周側主阻抗發熱體22內接近提升銷孔28的彎曲部22p。被位於此彎曲部 22p的外側的內周側主阻抗發熱體22以及彎曲部22p包圍的網點區域A1比其他區域寬，因此容易為溫度奇異點。因此，設置帶狀(平坦且細長的形狀)的內周側副阻抗發熱體23以直線地跨接此彎曲部22p。橋接點間的內周側副阻抗發熱體23的電阻沒有特別限定，例如為橋接點間的內周側主阻抗發熱體22(即彎曲部22p)的電阻的10倍~100倍也可以。內周側副阻抗發熱體23的電阻可以藉由內周側副阻抗發熱體23的材料、剖面積的大小、橋接點之間的長度等來調整。此內周側副阻抗發熱體23與內周側主阻抗發熱體22構成並聯電路。內周側副阻抗發熱體23可以藉由印刷高熔點金屬或其碳化物的糊劑而形成。又，第3圖的左下框示出了一個提升銷孔28的周圍的放大圖，但是其他提升銷孔28的周圍也以同樣地方式而形成內周側副阻抗發熱體23。又，由於彎曲部22p與內周側副阻抗發熱體23並列設置，而導致彎曲部22p的發熱量減小的問題的情況下，為了增加彎曲部22p的發熱量，藉由彎曲部22p的線圈纏繞節距小於彎曲部22p外側的線圈纏繞節距，而可以改善。

如第3圖所示般，外周側主阻抗發熱體24從配設在陶瓷板20的中央部的一對端子24a、24b的一方的端處開始，以單一且連續的線的方式一邊在複數個折疊部折疊，一邊配線到外周側區域Z2的幾乎整個區域後，到達一對端子24a、24b的另一方的方式形成。外周側主阻抗發熱體22以繞過氣孔26的方式設置。外周側主阻抗發熱體24是主成分為高熔點金屬或其碳化物的線圈。然而，從端子24a、24b到外周側區域Z2的區間由高熔點金屬或其碳化物的導線形成。在外周側區域Z2中，除了外周側主阻抗發熱體24以外，在氣孔26的周圍設置有外周側副阻抗發熱體25(參考第3圖的右下框)。氣孔26的周圍有在外周側主阻抗發熱體24內繞過氣孔26的彎曲部24p。被彼此面對的兩個彎曲部24p包圍的網點區域A2容易為溫度奇異點。因此，設置帶狀的外周側副阻抗發熱體25以線性地跨接此彎曲部24p。橋接點間的外周側副阻抗發熱體25的電阻沒有特別限定，例如為橋接點間的外周側主阻抗發熱體24(即彎曲部24p)的電阻的10倍~100倍也可以。外周側副阻抗發熱體25的電阻可以藉由外周側副阻抗發熱體25的材料、剖面積的大小、橋接點之間的長度等來調整。此外周側副阻抗發熱體25與外周側主阻抗發熱體24構成並聯電路。外周側副阻抗發熱體25可以藉由印刷高熔點金屬或其碳化物的糊劑而形成。又，第3圖的右下框示出了一個氣孔26的周圍的放大圖，但是其他氣孔26的周圍也以同樣地方式而形成外周側副阻抗發熱體25。又，由於彎曲部24p與外周側副阻抗發熱體25並列設置，而導致彎曲部24p的發熱量減小的問題的情況下，為了增加彎曲部24p的發熱量，藉由彎曲部24p的線圈纏繞節距小於彎曲部24p外側的線圈纏繞節距，而可以改善。

筒狀軸40與陶瓷板20相同以氮化鋁或氧化鋁等的陶瓷形成。筒狀軸40的內徑例如為約40mm，外徑例如為約60mm。此筒狀軸40的上端擴大接合至陶瓷板20。在筒狀軸40的內部，設置有分別連接內周側主阻抗發熱體22的一對主端子22a、22b的給電棒42a、42b，以及分別連接外周側主阻抗發熱體24的一對端子24a、24b的給電棒44a、44b。給電棒42a、42b連接到第一電源32，給電棒44a、44b連接到第二電源34。因此，藉由內周側主阻抗發熱體22以及與之並聯連接的內周側副阻抗發熱體23而被加熱的內周側區域Z1，以及藉由外周側主阻抗發熱體24以及與之並聯連接的外周側副阻抗發熱體25加熱的外周側區域Z2而可以個別控制溫度。又，儘管未圖示，但是在筒狀軸40的內部也配置有用於將氣體供給到氣孔26的氣體供應管以及插入到提升銷孔28中的提升銷。

接下來，說明關於陶瓷加熱器10的使用例。首先，將陶瓷加熱器10設置在未圖示的真空腔室內，並且將晶圓W載置在陶瓷加熱器10的晶圓載置面20a。然後，藉由調整第一電源32供給到內周側主阻抗發熱體22以及內周側副阻抗發熱體23的電力，以由未圖示的內周側熱電偶檢測出的內周側區域Z1的溫度為預定的內周側目標溫度。並且，藉由調整第二電源34供給到外周側主阻抗發熱體24以及外周側副阻抗發熱體25的電力，以由未圖示的外周側熱電偶檢測出的外周側區域Z2的溫度為預定的外周側目標溫度。由此，將晶圓W的溫度控制為期望的溫度。然後，將真空腔室內設定為真空環境或減壓環境，使真空腔室中產生電漿，並利用此電漿在晶圓W上進行CVD成膜，以及進行蝕刻。

在以上說明的本實施例的陶瓷加熱器10中，由於副阻抗發熱體23、25為帶狀，因此可以藉由印刷來製作，並且可以減小線寬以及線間隔，並且高自由度的配線。因此，副阻抗發熱體23、25可以補充由線圈狀的主阻抗發熱體22、24的加熱。因此，即使將線圈使用作為主阻抗發熱體22、24的情況下，也可以獲得足夠的熱均勻性。

又，由於主阻抗發熱體22、24是線圈，因此配線受到限制。例如，主阻抗發熱體22、24需要繞過氣孔26以及提升銷孔28配線。因此，孔26、28的周圍容易為溫度奇異點。在此，由於在這樣的孔26、28的周圍設置有副阻抗發熱體23、25，因此可以防止孔26、28的周圍為溫度奇異點。

此外，內周側副阻抗發熱體23與內周側主阻抗發熱體22形成並聯電路，外周側副阻抗發熱體25與外周側主阻抗發熱體24形成並聯電路。因此，不需要在副阻抗發熱體23、25設置專用的端子。

又，本發明不限於上述實施例，只要屬於本發明的技術範圍，就可以以各種方式來實現本發明。

例如，代替上述實施例的陶瓷板20，採用第4圖所示的陶瓷板120也可以。第4圖是當沿阻抗發熱體122、123水平切斷陶瓷板120並從上方觀察時的剖面圖(省略表示切斷面的陰影線)。主阻抗發熱體122以及副阻抗發熱體123埋設在陶瓷板120中。主阻抗發熱體122從一對主端子122a、122b一方的端處開始，以單一且連續的線的方式一邊在複數個折疊部122c折疊，一邊配線到晶圓載置面的幾乎整個區域後，到達一對主端子122a、122b的另一方的方式形成。主阻抗發熱體122以繞過提升銷孔28以及氣孔26的方式設置。主阻抗發熱體122是主成分為高熔點金屬或其碳化物的線圈。副阻抗發熱體123從設置在中央部的一對副端子123a、123b的一方的端處開始，以通過主阻抗發熱體122的折疊部122c彼此面對的部分的方式配線之後，到達一對副端子123a、123b的另一方的方式形成。副阻抗發熱體123是主成分為高熔點金屬或其碳化物的帶，以藉由印刷糊劑形成。

在第4圖中，因為主阻抗發熱體122是線圈，所以折疊部122c彼此面對的部分相對較寬並且容易為溫度奇異點。在製造陶瓷加熱器10時，可以在將線圈埋設在陶瓷粉末之後燒成。在這種情況下，由於線圈可能在陶瓷粉末內移動，考慮到這點而將折疊部122c彼此的距離設定為相對較大。在此，設置藉由在折疊部122c彼此面對的部分進行印刷為帶的副阻抗發熱體123。折疊部122c彼此的間隔通常需要大約1mm。另一方面，帶彼此的間隔因為可以以印刷製造帶，而可以為大約0.3mm。因此，可以在折疊部122c彼此面對的部分設置副阻抗發熱體123，並且可以防止此部分為溫度奇異點。又，將主阻抗發熱體122的一對主端子122a、122b連接到第一電源，並且將副阻抗發熱體123的一對副端子123a、123b連接到與第一電源不同的第二電源的話，而可以各自獨立地控制由主阻抗發熱體122的加熱以及由副阻抗發熱體123的加熱。

又，在陶瓷板120中，如第5圖所示般，副阻抗發熱體123從一對主端子122a、122b中的一方到達另一方的方式形成也可以。即，副阻抗發熱體123與主阻抗發熱體122形成並聯電路也可以。這樣做的話，就不需要在副阻抗發熱體123設置專用的端子。

在第4圖以及第5圖中，與上述實施例同樣地，將副阻抗發熱體23、25設置在提升銷孔28的周圍以及氣孔26的周圍也可以。

上述實施例的副阻抗發熱體23、25以及第4圖、第5圖的副阻抗發熱體123以及第6圖、第7圖的副阻抗發熱體223可以含有陶瓷。例如，當藉由印刷形成副阻抗發熱體23、25、123、223時，在糊劑中含有陶瓷也可以。藉由這樣做，可以使副阻抗發熱體23、25、123、223的熱膨脹係數更接近陶瓷板20的熱膨脹係數，並且提高副阻抗發熱體23、25、123、223與陶瓷板20的接合強度。

代替上述實施例的陶瓷板20，採用第6圖所示的陶瓷板220也可以。第6圖是當沿阻抗發熱體222、223水平切斷陶瓷板220並從上方觀察時的剖面圖(省略表示切斷面的陰影線)。主阻抗發熱體222以及副阻抗發熱體223埋設在陶瓷板220。主阻抗發熱體222從一對主端子222a、222b的一方的端處開始，以單一且連續的線的方式一邊在複數個折疊部折疊，一邊配線到晶圓載置面的幾乎整個區域後，到達一對主端子222a、222b的另一方的方式形成。主阻抗發熱體222以繞過提升銷孔28以及氣孔26的方式設置。主阻抗發熱體222是主成分為高熔點金屬或其碳化物的線圈。副阻抗發熱體223從一對副端子223a、223b的一方的端處開始，以沿著主阻抗發熱體222配線之後，到達一對副端子223a、223b的另一方的方式形成。副阻抗發熱體223是主成分為高熔點金屬或其碳化物的帶，以藉由印刷糊劑形成。

在第6圖中，因為主阻抗發熱體222是線圈，所以線圈彼此的間隔相對較寬並且容易為溫度奇異點。在此，設置藉由在線圈彼此的間隔進行印刷為帶的副阻抗發熱體223。線圈彼此的間隔通常需要大約1mm。另一方面，帶彼此的間隔因為可以以印刷製造帶，而可以為大約0.3mm。因此，可以在線圈彼此的間隔設置副阻抗發熱體223，並且可以防止此部分為溫度奇異點。又，將主阻抗發熱體222的一對主端子222a、222b連接到第一電源，並且將副阻抗發熱體223的一對副端子223a、223b連接到與第一電源不同的第二電源的話，而可以各自獨立地控制由主阻抗發熱體222的加熱以及由副阻抗發熱體223的加熱。

又，在陶瓷板220中，如第7圖所示，將副阻抗發熱體223從一對主端子222a、222b中的一方到達到另一方的方式形成也可以。即，副阻抗發熱體223與主阻抗發熱體222形成並聯電路也可以。這樣做的話，就不需要在副阻抗發熱體223設置專用的端子。

在上述實施例中，副阻抗發熱體23、25為帶狀，但本發明並不特別限定於此，只要是二維形狀，採用任何形狀都可以。如果是二維形狀，則可以藉由印刷糊劑來製造，而可以容易地使副阻抗發熱體23、25變薄，並且可以進行高密度配線。

在上述實施例中，將靜電電極內藏在陶瓷板20也可以。在此情況下，在將晶圓W載置在晶圓載置面20a之後，藉由施加電壓在靜電電極，而可以將晶圓W靜電吸附到晶圓載置面20a。或者，將RF電極內藏在陶瓷板20也可以。在此情況下，在晶圓載置面20a的上方隔出空間而配置未圖示的噴頭，並且在由噴頭與RF電極組成的平行平板電極之間供給高頻電力。藉由這樣做而產生電漿，並且可以利用此電漿在晶圓W進行CVD成膜或進行蝕刻。又，將靜電電極與RF電極兼用也可以。在這點上，關於第4圖至第7圖的陶瓷板120、220也是同樣的。

在上述實施例中，將外周側區域Z2作為一個區域說明，但是將其劃分為複數個小區域也可以。在這種情況下，阻抗發熱體是獨立地配線於各個小區域。小區域藉由以與陶瓷板20同心圓的邊界線劃分外周側區域Z2，而環狀地形成也可以，或者藉由以從陶瓷板20的中心放射狀延伸的線段劃分外周側區域Z2，而扇形(圓錐台的側面展開的形狀)地形成也可以。

在上述實施例中，將內周側區域Z1作為一個區域說明，但是將其劃分為複數個小區域也可以。在這種情況下，阻抗發熱體是獨立地配線於各個小區域。小區域藉由以與陶瓷板20的同心圓的邊界線劃分內周側區域Z1，而環狀以及圓形形狀地形成也可以，或者藉由以從陶瓷板20的中心放射狀延伸的線段劃分內周側區域Z1，而扇形(圓錐的側面展開的形狀)地形成也可以。

本申請以2019年1月25日申請的日本專利申請第2019-011300號做為優先權主張的基礎，其全部內容藉由引用包括於本說明書。

[產業上之利用可能性]

本發明可利用於半導體製造裝置。