TWI838591B - 陶瓷加熱器 - Google Patents

Abstract

陶瓷加熱器20係包括陶瓷板21、圓筒形軸26以及導電膜30。陶瓷板21係在表面具有晶圓載置面21a，並從接近晶圓載置面21a之側將電漿電極22與加熱器電極24按照此順序在分開之狀態埋設。圓筒形軸26係從陶瓷板21之背面21b支撐陶瓷板21。導電膜(相當於本發明之平面屏蔽部)30係被設置於陶瓷板21的背面21b中圓筒形軸26以外的環狀區域。導電膜30係經由導電線31與金屬元件28(接地)連接，該導電線31係沿著上下方向被設置於圓筒形軸26的外壁上。

Description

陶瓷加熱器

本發明係有關於一種陶瓷加熱器。

自以往，在半導體製程，有時採用電漿CVD步驟。在電漿CVD步驟，係在陶瓷加熱器之晶圓載置面載置晶圓。在陶瓷加熱器之陶瓷板，係埋設電漿電極與加熱器電極。另一方面，在晶圓之上方空間，係配置上部電極。而且，對上部電極與電漿電極之間施加高頻電壓時，在這些電極之間產生電漿，並利用該電漿，對晶圓蒸鍍薄膜。在這種陶瓷加熱器，係對電漿電極所施加之高頻電壓的漏電流流至加熱器電極時，具有無法控制對加熱器電極之通電的問題。鑑於這一點，在專利文獻1，係提議在電漿電極與加熱器電極之間設置高電阻之絕緣層(漏電流防止層)。 [先行專利文獻] [專利文獻]

專利文獻1：專利第3602908號公報

[發明所欲解決之課題]

可是，在上述之陶瓷加熱器，係繞入陶瓷板中與晶圓載置面係相反側之面(背面)側的電漿會與加熱器電極的耦合。發生這種耦合時，因為高頻電流流入加熱器電極而不佳。

本發明係為了解決這種課題所開發者，其主要目的在於防止繞入陶瓷板之背面側的電漿與加熱器電極的耦合。 [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，係在表面具有晶圓載置面，並從接近該晶圓載置面之側將電漿電極、加熱器電極按照此順序在分開之狀態埋設； 圓筒形軸，係從該陶瓷板之背面支撐該陶瓷板； 電漿電極連接構件，係被配置於該圓筒形軸之內部，並與該電漿電極連接； 加熱器電極連接構件，係被配置於該圓筒形軸之內部，並與該加熱器電極連接；以及 平面屏蔽部，係被配置於該陶瓷板之背面或被埋設於該陶瓷板中比該加熱器電極更靠近背面側，並與接地連接。

在此陶瓷加熱器，平面屏蔽部防止繞入陶瓷板之背面側的電漿與加熱器電極的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生(例如加熱器電極之異常發熱或異常膨脹等)。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該平面屏蔽部係導電性陶瓷塗膜、金屬網或金屬板。依此方式，可比較簡單地設置平面屏蔽部。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該平面屏蔽部係經由在該圓筒形軸之內表面或外表面所設置之圓筒形的導電體與該接地連接。依此方式，因為在圓筒形軸之內部，不必使用以將平面屏蔽部與接地連接之構件通過，所以在圓筒形軸之內部的空間易配置其他的構件(例如，加熱器電極連接構件或電漿電極連接構件等)。進而，藉由將在圓筒形軸之內表面或外表面所設置之圓筒形的導電體與接地連接，亦可防止從電漿所產生的雜訊流至加熱器電極連接構件或電漿電極連接構件等。此外，未連接在平面屏蔽圓筒形軸之內表面或外表面所設置之圓筒形的導電體，亦可防止雜訊。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該平面屏蔽部係採用與該晶圓載置面平行者。此外，「平行」係除了完全地平行的情況以外，亦包含實質上平行(例如進入交叉之範圍的情況等)(以下相同)。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該平面屏蔽部係外徑比該加熱器電極更大。依此方式，可易於防止電漿與加熱器電極之外周部分的耦合。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該陶瓷板及該圓筒形軸係AlN陶瓷製，該平面屏蔽部係Al製或Al合金製。

本發明之陶瓷加熱器係亦可具有側面屏蔽部，該側面屏蔽部係從該平面屏蔽部之外緣朝向該晶圓載置面所設置。依此方式，側面隔離部防止繞入陶瓷板之側面側的電漿與加熱器電極的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生(例如加熱器電極之異常發熱或異常膨脹等)。在此情況，亦可該側面屏蔽部係Al製或Al合金製。又，在此情況，亦可該平面屏蔽部及該側面屏蔽部係被埋設於該陶瓷板；亦可該側面屏蔽部的頭端係位於該晶圓載置面與該加熱器電極之間。依此方式，可確實地防止繞入陶瓷板之側面側的電漿與加熱器電極的耦合。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該平面屏蔽部係被埋設於該陶瓷板；亦可從該背面至該平面屏蔽部的距離係比從該晶圓載置面至該電漿電極的距離更長。從背面至平面屏蔽部的距離係對晶圓載置面之電漿密度有影響。因此，藉由將從背面至平面屏蔽部的距離決定成長，可使平面屏蔽部對晶圓載置面側之電漿所給與的影響變小。又，可易於防止繞入背面側的電漿與加熱器電極的耦合。在此情況，從該背面至該平面屏蔽部的距離係比從該晶圓載置面至該電漿電極的距離更長2.0mm以上。例如，在從晶圓載置面至電漿電極的距離為1.0mm的情況，將從背面至平面屏蔽部的距離決定成3.0mm以上即可。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該平面屏蔽部係被埋設於該陶瓷板；亦可從該背面至該平面屏蔽部的距離係比從該平面屏蔽部至該加熱器電極的距離更長。依此方式，位於加熱器電極之附近的平面屏蔽部可更有效地防止從背面所繞入的電漿。

在本發明之陶瓷加熱器，亦可該平面屏蔽部係被配置於該陶瓷板之該背面；亦可該側面屏蔽部係被配置於該陶瓷板之側面；亦可該側面屏蔽部的頭端係位於比設置該加熱器電極之面更靠近該背面側。如此能易維持晶圓載置面的均熱性。在此情況，亦可該平面屏蔽部係經由導熱性比該陶瓷板更低的低導熱層被配置於該陶瓷板之背面。依此方式，因為低導熱層防止陶瓷板之熱直接傳至平面屏蔽部，所以可防止平面屏蔽部之軟化或熔化。

在本發明之陶瓷加熱器，在該RF電極與該加熱器電極之間，係不設置平面屏蔽部較佳。被施加於電漿電極之高頻電力係在流至其他的導電體而浪費地被消耗的情況，對晶圓載置面之電漿密度有影響。因此，為了避免高頻電力從電漿電極向屏蔽部流動，屏蔽部係被設置於背面與加熱器電極之間較佳。

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係電漿處理裝置10之縱剖面圖。在圖1中，點線箭號係表示電漿或電漿電流。

電漿處理裝置10係如圖1所示，包括室12、上部電極14以及陶瓷加熱器20。

室12係由鋁合金等被形成為盒狀的容器。此室12係包括未圖示之壓力調整閥或真空泵等，可將室12之內部調整成所要的壓力。

上部電極14係被安裝於室12之頂面。在上部電極14，係連接產生電漿用的RF電源16。

陶瓷加熱器20係包括陶瓷板21、圓筒形軸26以及導電膜30。

陶瓷板21係在表面具有晶圓載置面21a之圓盤形的AlN陶瓷製構件。在陶瓷板21，係從接近晶圓載置面21a之側將電漿電極22與加熱器電極24按照此順序在分開之狀態埋設。

圓筒形軸26係從陶瓷板21之背面21b支撐陶瓷板21。圓筒形軸26係被載置於具有孔之金屬元件28。圓筒形軸26之內部與金屬元件28之孔係連通。金屬元件28係與接地連接。在圓筒形軸26之內部，係配置與電漿電極22連接之電漿電極連接構件23、及與加熱器電極24連接之加熱器電極連接構件25。電漿電極連接構件23係與接地連接。加熱器電極連接構件25係對加熱器電極24的兩端施加電壓，而使加熱器電極24發熱。

導電膜(相當於本發明之平面屏蔽部)30係被設置於陶瓷板21的背面21b中圓筒形軸26以外的環狀區域。導電膜30係與晶圓載置面21a平行較佳。亦可導電膜30係採用導電性陶瓷之塗膜。作為導電性陶瓷，係例如列舉SiC、TiC、TiN等。導電膜30係經由導電線31與金屬元件(接地)28連接，該導電線31係沿著上下方向被設置於圓筒形軸26的外壁上。亦可導電線31係採用導電性陶瓷之線狀的塗膜。

在以上所說明之本實施形態的陶瓷加熱器20，從陶瓷板21之背面側所作用的電漿電流係經由導電膜30向接地流動。即，導電膜30防止繞入陶瓷板21之背面側的電漿與加熱器電極24的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生(例如加熱器電極24之異常發熱或異常膨脹等)。

又，在導電線31是沿著上下方向被設置於圓筒形軸26之外壁上的導電性陶瓷之線狀之塗膜的情況，係在圓筒形軸26之內部不必進行導電線的配線。又，與在室12內設置導電線的情況相比，導電線31對室側所給與之影響亦小。

此外，本發明係絲毫未被限定為上述之實施形態，只要屬於本發明之技術性範圍，能以各種的形態實施，這係理所當然。

例如，替代上述之實施形態的導電膜30及導電線31，亦可採用圖2所示之金屬蓋40及導電線41。此外，在圖2，係對與上述之實施形態相同之構成元件，附加相同的符號。金屬蓋40(相當於本發明之平面屏蔽部)係甜甜圈狀的金屬板，並被設置於陶瓷板21的背面21b中圓筒形軸26以外的環狀區域。金屬蓋40係經由導熱率比陶瓷板21更低的低導熱層42，藉螺絲43被固定於陶瓷板21之背面21b。金屬蓋40係與晶圓載置面21a平行較佳。作為低導熱層42之材質，係例如在陶瓷板21是AlN陶瓷製的情況，列舉氧化鋁陶瓷。金屬蓋40係經由在圓筒形軸26之外側所設置的導電線41與金屬元件28(接地)連接。在圖2，係金屬蓋40防止繞入陶瓷板21之背面側的電漿與加熱器電極24的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生(例如加熱器電極24之異常發熱或異常膨脹等)。又，因為低導熱層42防止陶瓷板21之熱直接傳至金屬蓋40，所以可防止金屬蓋40之軟化或熔化。尤其，在將金屬蓋40作成Al製或Al合金製，並將低導熱層42作成氧化鋁層時，有效地得到這種效果。此外，亦可如圖1之導電線31般，將圖2之導電線41沿著上下方向設置於圓筒形軸26的外壁上。

或者，替代上述之實施形態的導電膜30及導電線31，亦可採用圖3所示之屏蔽電極50及導電線51。此外，在圖3，係對與上述之實施形態相同之構成元件，附加相同的符號。屏蔽電極50(相當於本發明之平面屏蔽部)係被埋設於陶瓷板21中比加熱器電極24更靠近背面側之金屬製的面狀構件。屏蔽電極50係與晶圓載置面21a平行較佳。亦可屏蔽電極50係採用金屬(例如Mo等)製之網。屏蔽電極50係經由在圓筒形軸26之內部所設置的導電線51與金屬元件28(接地)連接。在圖3，係屏蔽電極50防止繞入陶瓷板21之背面側的電漿與加熱器電極24的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生(例如加熱器電極之異常發熱或異常膨脹等)。

替代圖3之屏蔽電極50，亦可採用圖4所示之屏蔽電極54。屏蔽電極54係包括平面屏蔽部52與側面屏蔽部53。平面屏蔽部52係被埋設於陶瓷板21中比加熱器電極24更靠近背面21b側之外徑比加熱器電極24更大之金屬製的面狀構件。平面屏蔽部52係與晶圓載置面21a平行。從背面21b至平面屏蔽部52的距離D2係比從晶圓載置面21a至電漿電極22的距離D1更長較佳，距離D2係比D1更長2.0mm以上更佳。又，距離D2係比從平面屏蔽部52至加熱器電極24的距離D3更長，平面屏蔽部52係經由在圓筒形軸26之內部所設置的導電線51與金屬元件28(接地)連接。側面屏蔽部53係從平面屏蔽部52之外緣朝向晶圓載置面21a所設置之金屬製的圓筒構件。側面屏蔽部53的頭端係位於晶圓載置面21a與加熱器電極24之間(具體而言，係電漿電極22與加熱器電極24之間)。亦可平面屏蔽部52及側面屏蔽部53係採用金屬(例如Mo等)製之網。在圖4，係平面屏蔽部52防止繞入陶瓷板21之背面側的電漿與加熱器電極24的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生(例如加熱器電極之異常發熱或異常膨脹等)。又，平面屏蔽部52係因為外徑比加熱器電極24更大，所以可易於防止電漿與加熱器電極24之外周部分的耦合。進而，側面屏蔽部53防止繞入陶瓷板21之側面側的電漿與加熱器電極24的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生。而且，側面屏蔽部53的頭端係位於晶圓載置面21a與加熱器電極24之間。因此，可確實地防止繞入陶瓷板21之側面側的電漿與加熱器電極24的耦合。進而又，從背面21b至平面屏蔽部52的距離D2係比從晶圓載置面21a至電漿電極22的距離D1更長。因此，可使平面屏蔽部52對晶圓側之電漿所給與的影響變小。而且，從背面21b至平面屏蔽部52的距離D2係比從平面屏蔽部52至加熱器電極24的距離D3更長。因此，電漿從背面21b向平面屏蔽部52難流入，而可使平面屏蔽部52對晶圓載置面側之電漿所給與的影響變小。

替代圖4之導電線51，亦可採用圖5所示之導電體56。導電體56係被設置成覆蓋圓筒形軸26之內表面的整個面。平面屏蔽部52係如圖5所示，經由在陶瓷板21所埋設之導電線61與導電體56連接，導電體56係與金屬元件28(接地)連接。亦可導電體56係採用導電性陶瓷之塗膜。作為導電性陶瓷，係例如列舉SiC、TiC、TiN等。在圖5，係因為在圓筒形軸26之內部，不必使用以將屏蔽電極54與金屬元件28連接之構件通過，所以在圓筒形軸26之內部的空間易配置其他的構件(例如，加熱器電極連接構件或電漿電極連接構件等)。此外，在圖5，導電體56係被設置於圓筒形軸26之內表面，但是亦可被設置於圓筒形軸26之外表面。又，導電體56係被設置於圓筒形軸26之內表面的整個面，但是亦可不是整個面，而從圓筒形軸26之上端至下端(與金屬元件28接觸之位置)被設置成直線狀。

替代圖2之金屬蓋40及導電線41，亦可採用圖6所示之金屬構造體70。金屬構造體70係金屬滑套71與金屬蓋74成為一體者。金屬滑套71係覆蓋圓筒形軸26之外表面的整個面。金屬滑套71係經由在圓筒形軸26之下端所設置的凸緣27，藉具有導電性之螺栓55被固定於金屬元件28。因此，金屬構造體70係經由螺栓55與金屬元件28(接地)連接。金屬蓋74係包括是甜甜圈狀之金屬板的平面屏蔽部72、與從其外緣向上方向所設置的側面屏蔽部73。平面屏蔽部72係經由低導熱層42被配置於背面21b，與晶圓載置面21a平行，並外徑比加熱器電極24更大。側面屏蔽部73的頭端係位於設置加熱器電極24的面與背面21b之間。在將金屬構造體70安裝於圓筒形軸26時，係例如準備將金屬構造體70在縱向分割成兩個的剖半元件，在將兩個剖半元件配置成包圍圓筒形軸26後，藉固定件75(螺栓或捆束帶等)固定即可。在圖6，係平面屏蔽部72防止繞入陶瓷板21之背面側的電漿與加熱器電極24的耦合。又，平面屏蔽部72係因為外徑比加熱器電極24更大，所以可易於防止電漿與加熱器電極24之外周部分的耦合。進而，側面屏蔽部73防止繞入陶瓷板21之側面側的電漿與加熱器電極24的耦合。因此，可防止由那種耦合所引起之不良的發生。而且，因為側面屏蔽部73的頭端係位於設置加熱器電極24的面與背面21b之間，所以可易於維持晶圓載置面21a的均熱性。進而又，因為低導熱層42防止陶瓷板21之熱直接傳至金屬蓋74，所以可防止金屬蓋74之軟化或熔化。尤其，在將金屬蓋74作成Al製或Al合金製，並將低導熱層42作成氧化鋁層時，有效地得到這種效果。而且，因為金屬蓋74係被一體化之金屬滑套71支撐，所以亦可省略圖2之螺絲43。藉由省略螺絲43，成為易於維持陶瓷板21的均熱性。此外，亦可在圖2之金屬蓋40設置側面屏蔽部。又，替代圖1之導電線31或圖2之導電線41，亦可採用覆蓋圓筒形軸26之外表面之整個面的導電膜或金屬滑套。

在上述之實施形態，係將上部電極14與RF電源16連接，並將電漿電極22與接地連接，但是亦可將電漿電極22與RF電源16連接，並將上部電極14與接地連接。這一點係在圖2~圖6亦相同。

本專利申請係將於2019年12月4日所申請之日本專利申請第2019－219545號作為優先權主張的基礎，並藉引用在專利說明書包含其內容的全部。

本發明係例如可利用於半導體製造裝置用構件。

10:電漿處理裝置 12:室 14:上部電極 16:RF電源 20:陶瓷加熱器 21:陶瓷板 21a:晶圓載置面 21b:背面 22:電漿電極 23:電漿電極連接構件 24:加熱器電極 25:加熱器電極連接構件 26:圓筒形軸 27:凸緣 28:金屬元件 30:導電膜 31:導電線 40:金屬蓋 41:導電線 42:低導熱層 43:螺絲 50:屏蔽電極 51:導電線 52:平面屏蔽部 53:側面屏蔽部 54:屏蔽電極 55:螺栓 70:金屬構造體 71:金屬滑套 72:平面屏蔽部 73:側面屏蔽部 74:金屬蓋 75:連結部 D1~D3:距離

[圖1] 係電漿處理裝置10之縱剖面圖。 [圖2] 係電漿處理裝置10之變形例的縱剖面圖。 [圖3] 係電漿處理裝置10之變形例的縱剖面圖。 [圖4] 係電漿處理裝置10之變形例的縱剖面圖。 [圖5] 係電漿處理裝置10之變形例的縱剖面圖。 [圖6] 係電漿處理裝置10之變形例的縱剖面圖。

10:電漿處理裝置

12:室

14:上部電極

16:RF電源

20:陶瓷加熱器

21:陶瓷板

21a:晶圓載置面

21b:背面

22:電漿電極

23:電漿電極連接構件

24:加熱器電極

25:加熱器電極連接構件

26:圓筒形軸

28:金屬元件

30:導電膜

31:導電線

Claims (8)

1. 一種陶瓷加熱器，其係包括：圓盤形之陶瓷板，係在表面具有晶圓載置面，並從接近該晶圓載置面之側將電漿電極、加熱器電極按照此順序在分開之狀態埋設；圓筒形軸，係從該陶瓷板之背面支撐該陶瓷板；電漿電極連接構件，係被配置於該圓筒形軸之內部，並與該電漿電極連接；加熱器電極連接構件，係被配置於該圓筒形軸之內部，並與該加熱器電極連接；平面屏蔽部，係被埋設於該陶瓷板中比該加熱器電極更靠近背面側，並與接地連接；以及側面屏蔽部，該側面屏蔽部係從該平面屏蔽部之外緣朝向該晶圓載置面所設置；其中該側面屏蔽部係被埋設於該陶瓷板；該側面屏蔽部的頭端係位於該電漿電極與該加熱器電極之間，且未達到該電漿電極的高度。
2. 如請求項1之陶瓷加熱器，其中該平面屏蔽部係導電性陶瓷塗膜、金屬網或金屬板。
3. 如請求項1或2之陶瓷加熱器，其中該平面屏蔽部係經由在該圓筒形軸之內表面或外表面所設置之圓筒形的導電體與該接地連接。
4. 如請求項1或請求項2之陶瓷加熱器，其中該平面屏蔽部係外徑比該加熱器電極更大。
5. 如請求項1或請求項2之陶瓷加熱器，其中該陶瓷板及該圓筒形軸係AlN陶瓷製，該平面屏蔽部係Al製或Al合金製。
6. 如請求項1或2之陶瓷加熱器，其中該側面屏蔽部係Al製或Al合金製。
7. 如請求項1或2之陶瓷加熱器，其中從該背面至該平面屏蔽部的距離係比從該晶圓載置面至該電漿電極的距離更長。
8. 如請求項7之陶瓷加熱器，其中從該背面至該平面屏蔽部的距離係比從該晶圓載置面至該電漿電極的距離更長2.0mm以上。