半导体生产系统用的陶瓷加热器技术方案

制造了有效的用于半导体制造设备的陶瓷基座，其中通过电阻加热元件线路间距离的最优化，预防了由于加热操作过程中电阻加热元件线路间短路造成的损坏，同时维持了晶片表面温度的均匀性。用于半导体制造设备的陶瓷基座（１）在其陶瓷基片（２）的表面或内部具有电阻加热元件（３ａ），电阻加热元件（３ａ）截面上由电阻加热元件（３ａ）的底部和侧面形成的最小角θ为５°或更大。等离子体电极可安排在陶瓷基座（１）中陶瓷基片（２ａ）的表面或内部。优选陶瓷基片（２ａ）由选自氮化铝、氮化硅、氮氧化铝、和碳化硅中的至少一种制成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造设备中用于支持和加热晶片的陶瓷基座(susceptor)，在半导体加工过程中此设备对晶片实施特殊的处理。
技术介绍
迄今为止已经提出了各种用于半导体制造设备的陶瓷基座的结构。例如，日本已审查的专利申请公开H06-28258提出装备有陶瓷基座的半导体晶片加热设备，此陶瓷基座被安装在反应室内部，并有内置的电阻加热元件，基座另一面不加热晶片的表面上装有柱状支撑构件，使得在它和反应室之间形成不漏气的密封。为了降低制造成本，晶片正在经历向更大直径跨度—外径8英寸-12英寸—的转化，造成支持晶片的陶瓷基座的直径增加到300mm或更大。同时，要求晶片的表面温度偏差—即温度均匀性—在±1.0％之内、优选在±0.5％之内，该晶片负载在陶瓷基座上，并被通着电流的电阻加热元件所加热。专利参考文献1日本专利申请公开H06-28258。在陶瓷基座的表面或内部形成的电阻加热元件图案是如此设计和安排的，以便能均匀地加热支撑晶片的表面。更具体而言，一种可能改善晶片表面温度均匀性的方法是通过最大限度地缩小电阻加热元件的线宽及相邻线间的间距来紧密地安排电阻加热元件。然而，如果在解决改善晶片表面温度均匀性的压力时过于缩小电阻加热元件的线路间距离，会由于电阻加热元件线路电线间的电位差出现局部放电现象。如果这种局部放电现象进一步增加，电阻加热元件线路电线会出现短路，造成陶瓷基座的损坏。
技术实现思路
考虑到目前的这种情况，本专利技术的一个目标是使电阻加热元件图案设计最优化，从而制造出有效的用于半导体制造设备的陶瓷基座，其在保持晶片表面温度均匀性的同时，可防止在加热操作中由于电阻加热元件之间的短路引起的基座的损坏。为达到上述目标，本专利技术提供了一种用于半导体制造设备的陶瓷基座，这种陶瓷基座在其陶瓷基片的表面或内部装有电阻加热元件，其特征是在其穿过电阻加热元件的截面中，底部和侧面形成的最小角为5°或5°以上。将晶片放到半导体制造设备用陶瓷基座的晶片载面上，电阻加热元件通电加热时，优选晶片表面温度的偏差为运行温度的±1.0％或更小，及进一步优选±0.5％或更小。此外，半导体制造设备用陶瓷基座的陶瓷基片优选是由选自下列原料中至少一种的陶瓷制备的氮化铝、氮化硅、氮氧化铝、及碳化硅。更进一步优选的陶瓷基片是导热率为100W/m·K或大于100W/m·K的氮化铝或碳化硅基片。此外，优选这种半导体制造设备用陶瓷基座的电阻加热元件由至少一种选自钨、钼、铂、钯、银、镍和铬的金属制成。可进一步在这种半导体制造设备用陶瓷基座的陶瓷基片的表面或内部安装等离子体电极。附图简述附图说明图1是陶瓷基座中电阻加热元件的截面示意图，图1(a)显示实际的电阻加热元件的截面，及图1(b)显示理想的电阻加热元件的截面；图2是根据本专利技术优选实施方案的陶瓷基座的截面示意图；及图3是根据本专利技术另一个实施方案的陶瓷基座的截面示意图。实施本专利技术的最佳模式经过详细研究电流通过电阻加热元件、基座温度升高时陶瓷基座中出现破裂及类似损坏的现象，本专利技术者发现电阻加热元件相互邻近的线路在其电位差最大的区域短路，导致基座的损坏。为避免电阻加热元件的这种短路现象，本专利技术者将其注意力集中在电阻加热元件的截面结构上，尤其是集中在其穿过电阻加热元件线路电线的截面(下文也简单地称作“电阻加热元件截面”)中底部和侧面所形成的角上。更具体而言，这种短路现象存在与否是由电阻加热元件线路的线间距离、所用电压、电极形式、以及大气压决定的。此线间距离受到为获得基座温度均匀性的电阻加热元件设计模式的限制，而所用电压和大气压力由处理条件决定。如果电阻加热元件的线间距离不变，当电线截面是正方形或矩形时出现短路的可能性很小；而电线截面是针形时最有可能出现短路。基于一种思考，即可通过设计电阻加热元件基座的截面结构来预防短路引起的破损，并对如此工作的方法进行了研究。通常将导电糊剂印刷并烧制到烧结的陶瓷压块或生片上，来形成陶瓷基座的电阻加热元件。如果示意性地显示所生成的电阻加热元件的截面形状，通常是由图1(b)显示的理想电阻加热元件3b的直线形状来表示。然而实际上，由于导电糊剂的倾塌或铺展，电阻加热元件3a总是具有如图1(a)显示的带有倾斜侧面的基本梯形形状，及接触陶瓷基片2的电阻加热元件3a的侧面和底部形成的最小角θ是锐角。给定这些因子，通过在0.5mm-20mm的范围改变图1(b)所示电阻加热元件截面中电阻加热元件3a的线间距离L，及同时设定电阻加热元件底部和侧面形成的最小角θ以大于2°开始，来研究电阻加热元件通电/加热时存在/不存在线路电线间的短路。结果发现如不顾及线间距离L，电阻加热元件截面中底部和侧面形成的最小角θ为5°或更大时有可能避免线路间的短路。这里可采用如改变糊剂稀释度以调整电阻加热元件成型中印刷涂布糊剂时糊剂粘度的方法，来改变电阻加热元件截面中底部和侧面形成的最小角θ。在根据本专利技术的陶瓷基座中，即使电阻加热元件底部和侧面形成的最小角θ为5°或更大，仍注意电阻加热元件的线间距离L不要太小，即通常要求此线间距离L不小于0.1mm，否则容易出现线路间短路。使用根据本专利技术的陶瓷基座，其中电阻加热元件截面中底部和侧面形成的最小角θ为5°或更大，当电阻加热元件通电/加热时，可使得晶片表面温度偏差(即温度均匀性)有利地在运行温度的±1.0％之内，及更有利地在±0.5％之内。然而如果电阻加热元件线间距离L太大，当电阻加热元件通电/加热时，晶片表面的温度偏差变大，使其难以达到所需的温度均匀性。因此，电阻加热元件的线间距离L优选为5mm或更小。下文将参考图2和图3对本专利技术陶瓷基座的具体结构加以说明。图2显示的陶瓷基座1有电阻加热元件3，加热元件具有指定的线路图案，被提供在陶瓷基片2a的一个表面上；以及另一片陶瓷基片2b通过玻璃或陶瓷的粘合剂层4被结合到陶瓷基片2a的相同表面上。这里，电阻加热元件3的线路图案中线宽优选为5mm或更小，及更优选为1mm或更小。图3显示的陶瓷基座11装备有内置电阻加热元件13和等离子体电极15。更具体而言，陶瓷基片12a的一个表面上有电阻加热元件13，及类似于图2中显示的陶瓷基座，通过粘合剂层14a粘接陶瓷基片12b。同时提供有等离子体电极15的另一片陶瓷基片12c通过玻璃或陶瓷粘合剂层14b，被粘接到陶瓷基片12a的另一面上。应该理解，作为替代粘接各陶瓷基片制造陶瓷基座可选择的方法，可通过以下的步骤制造图2和图3显示的陶瓷基座制备大约0.5mm厚的生片、将电阻加热元件电路图案和/或等离子体电极的导电糊剂印刷涂布到各生片上、将这些生片及如果需要和其他生片一起层压达到所需要的厚度，及然后同时烧结此多层生片，使它们结成整体。实施方案实施方案1氮化铝(AlN)粉末中加入烧结添加剂和粘结剂，用球磨机将它们分散在氮化铝(AlN)粉末中并与之混合。所生成的粉末混合物用喷雾干燥机干燥后，被模压成直径为380mm及厚度为1mm的圆片。此模压的圆片在温度为800℃的非氧化气氛中脱脂，然后在1900℃烧结4小时，生成烧结的AlN压块。所生成的AlN烧结物的导热率为170W/mK。将各烧结AlN压块的圆周表面打磨到外径为300mm，从而为每个陶瓷基座制备两片AlN基片。然后钨粉末和烧结添加剂与粘结剂一起捏制成本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于半导体制造设备的一种陶瓷基座，在其陶瓷基片的表面或内部装有电阻加热元件，这种用于半导体制造设备的陶瓷基座的特征在于，其电阻加热元件的截面上由底面和侧面形成的最小角为５°或大于５°。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：加智义文，柊平启，仲田博彦，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]