TWM364966U - Modified heater for CVD process chamber - Google Patents

Description

M364966 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作係針對半導體的化學氣相沉積（CVD)製程設備腔髅 (chamber)中所使用的加熱器(heater)做進一步的改造。主要的革新係 將加熱管元件的剖面形狀、環繞加熱圓盤的方式、及組合不同單位發 熱效率的加熱管元件，藉由這三種項目的設計變更，更進一步提升整 體加熱器的均溫性與使用性。 【先前技術】 化學氣相沉積(Chemical vapor deposition, CVD)的製程，在半導 體的發展過程當中，已經是屬於一個相當成熟的製程技術了。而CVD 的製程是為了沉積(deposit)—些積體電路所需要的氧化層薄膜(〇xide film)而開發；其中’在CVD的設傭腔體no (chamber)裡，如圖ία 所示，加熱器150(heater)是一項被廣泛使用到的零組件。 • 在沉積的過程當中’腔體的環境裡充滿著許多游離的氣體，亦即所 謂的電漿(P丨asma);為了減少電漿及一些腐儀性的氣體對加熱器表面侵 敍’我們在加熱器上放置一個高導熱性的復蓋板14〇(coverp丨ate)，而 反應的晶圓160是放在該覆蓋板140的上方，如圖ία所示。 ’ 剖析該加熱器150，如圖1B所示，傳統的加熱器是由一片圓盤狀的發 ' 熱體180及一個垂直支撐轴190所組成；在圓盤狀的發熱體中埋有加 熱元件170 (heatingelement) ’最常見的是圓管狀的發熱管，如圖亿 所示；通常該發熱管是以兩條同心圓的方式環繞整個圓盤本體，使整 M364966 個圚盤成為一個均勻的發熱本體；而在垂直秘方向，係以兩條導熱線 速接圓盤本體上的發熱管，沿著垂直支撺轴連接到腔艘外部的供應電 源上，此為傳統加熱器的概略組成方式。 【新型内容】 為了增加發熱管與被加熱體220的接觸面積，本創作係將圓管狀 的發熱管改成方形的發熱管305(如圖3B}’其接觸面積由，，點”接觸 223增加到”面”接觸225,提升了被加熱體的加熱效率，其示意圖如 圖2A、2B所示；此外本創作亦將傳統兩條發熱管環繞同心圓的方式， 改為如圖3A的環繞形狀310，並且在靠近中心轴部分的發熱管範園内 360(如圖3A)，提高加熱線圈的發熱密度，補償中心部分的熱能流失， 使加熱管升溫後在整個圓盤本體的溫度分佈上更加均勻；該加熱管環 燒的形式新穎，不啻為一兼具科技美感的設計。

【實施方式】 先將加熱器的圓盤與支撐轴依所需要的尺寸先以機械加工的方式 裁切下來，再來將該圓盤的背面用銑床銑出如加熱管環繞形狀的溝 槽，即圖3A的環繞形狀310的溝槽；把製作完成的方形加熱管埋入該 圓盤裡，再將與該方形加熱管繞法相同的蓋板35〇(如圖3日)蓋在方形 加熱管的上方，使圓盤的背面平整，呈現一平面狀；隨後沿著該覆蓋 板的周圍兩端，以焊接的方式將覆蓋板與圓盤本體銲接在一起；經過 • M364966 氦氣測漏儀來確認銲接的品質後，即完成第一步驟β 該方形加熱管的水平橫向寬度335約為200至220 mm，水平縱 向深度330約為170至190 mm;典型的最佳實例為横向寬度213.5mm 而水平縱向深度為180mm，如圖3A所示》 再來將先前已預製的垂直支撐軸裝在中心處，同樣的將支採軸與圓 盤本體焊接一起，當然銲接完亦須經過氦氣測漏的步驟以確保銲接的 品質；最後依實際需要的尺寸，上CNC機台精修出最終外型與尺寸。 # 當然加熱本體的组成除了上述的蓋板銲接方式之外，亦可以用上下 對接的方式，如圖4A所示，上蓋405與卞蓋410於對接處銲接在一 起，在圖4A中標示的420是所有需要焊接的部位(除了加熱器必須銲 接的轴心之外）。同理，加熱本體亦可以用鑄造(cast丨ng)的方式達成； 亦即在鋁合金鎢造的過程中，先將加熱管埋入，等到鑄造完成後，先 上CNC車床修出初坯尺寸，之後再將整個鑄造本體43〇(如圖4B)埋在 另一個外框内435(如圖4B)，當然了，所有需要焊接的部位亦同時標 鲁 示在圖4B的420處(除了加熱器必須銲接的軸心之外）。 以上已列出其相關的技術内容與特徵’唯熟悉此技術之業界人士， 可在不脫離本創作的精神下進行修改與變更，而該等修改與變更，皆 應涵蓋在以下所申請的專利範圍中。 6 M364966 【圖式簡單說明】 圖1A係CVD腔體示意圖（習知技藝）。 圖1B係傳統加熱器(含加熱元件)立體示意圖。 圖1C係圖1B之A-A剖面示意圖。 圖2A係圓形加熱管接觸面之剖面示意圖。 圖2B係方形加熱管接觸面之剖面示意圖。 ' 圖3A係本創作的方形加熱管環繞形式俯視圖。 • 圖3B係圖3A之B-B剖面示意圖。 圖4A係對接焊接法製作之加熱器示意圖。 圖4B係鑄造法製作之加熱器示意圖。 【主要元件符號說明】 110 CVD的設備腔體示意圖（習知技藝) 120 設備氣體管路 130 氣體分散板 140 覆蓋板 150 加熱器 160 晶圓 170 圓形加熱管（圓盤上） 175 導熱線(支撐軸上） 180 圓盤狀加熱體 7 M364966 190 固定支撐軸 220 被加熱體端 223 被加熱體之接觸面（點狀） 225 被加熱體之接觸面（面狀） 305 方形加熱管 310 方形加熱管環繞圓盤本體之形式 320 頂起晶圓之叉銷孔 330 縱向深度

335 橫向寬度 340 熱電偶（Thermocouple) 350 蓋板 360 較高密度加熱線圈的範園 405 對接焊接法製作之加熱器之上蓋 410 對接焊接法製作之加熱器之下蓋 420 焊接點 430 鑄造法製作之加熱器的鑄造本體(含加熱管) 435 鑄造法製作之加熱器本體外框 8

Claims (1)

1. M364966 六、申請專利範圍： 1· 一種改良式之晶圓加熱器，包含： 一圓盤狀的減秘，内峡人方形加熱管職圖盤本想；及 垂直支雜’卿包含有兩料錄，沿著垂絲連接至圓盤本 體之加熱管上。 2.如申請專利範園第i項所述之晶圓加熱器，其方形加熱管的剖面大小 介於4x4 mm至8x8 mm範圍中。 _ 3· *申請專利範圍第1項所述之晶圓加熱器，其方形加熱管的材質可以 為鎳合金、鋁合金、不鏽鋼等。 4. 如申請專利範圍第i項所述之晶圖加熱器，其方形加熱管的環繞方式 係内圈繞過圓盤本艎上的4個通孔，而外圈由圓孤型及直線型所組 成’環繞外型上以左右對稱的方式。 5. 如申請專利範圍第i項所述之晶圓加熱器，其方形加熱管在圓盤本體 上的分佈，水平橫向寬度約為200至220 mm ,水平縱向深度約為 _ 170 至 190 mm。 6. 如申請專利範圍第i項所述之晶圖加熱器，其圓盤本體係以鋁之棒狀 材料或板狀材料經由CNC加工完成外型及加熱管埋入所需之溝槽。 7·如申請專利範圍第1項所述之晶圓加熱器，其方形加熱管下方蓋板的 外型係與方形加熱管的外型一致，且該蓋板係以焊接的方式與圓盤本 趙的下表面結合。 8.如申請專利範圍第6項所述之晶国加熱器，其方形加熱管下方蓋板的 材質係與圓盤本艘的材質一致。 M364966 9. 如申請專利範園第6項所述之晶圓加熱器，其方形加熱管的下方蓋板 的數量可以是一片或是兩片（含)以上，蓋板填充至低於圖盤本體的下 表面高度差2〜5 mm為最佳；其高度落差的目的則用在相同材質的銲 料於焊接時填充銲道用。 10. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加熱器，其圓盤本體亦可以對接 的方式銲接完成；亦即下蓋板的尺寸直徑大小约與上蓋板的尺寸相 同’兩個蓋板的個別厚度相差在20 mm的範園内。 11. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加熱器，其圓盤本體與垂直轴的 材料係為同種類的金屬鋁’特別是ALCOA的6061 Type 200或 3003號或1100號材料。 12. 如申請專利範園第1項所述之晶圓加熱器，其整個圓盤加熱體亦可 以用重力鑄造的方式組合完成；即圓盤本體在金屬鋁砂鑄造的過程 中’將方形加熱管埋入其中’並以金屬鋁砂重力鑄造、一體成塑的方 式製作；待鎮造完成後，初修外形尺寸，再將整個鱗造本髏(連同加 熱管)埋入一較大的外框中’並加上下蓋後銲接起來。 13. 如申請專利範園第丨項所述之晶圓加熱器，其中心部分加熱管的單 位發熱密度(watt per square centimeters)是外圍部分加熱管的單位 發熱密度的1.1到2.0倍之間》 14. 如申請專利範圍第13項所述之晶圓加熱器，其中心部分係指由加 熱器的中心點向外延伸，直徑在12公分的範園以内。