专利名称：面状加热器及具有此面状加热器的半导体热处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及面状加热器以及具有此面状加热器的半导体热处理 装置。具体地说，其涉及将碳线发热体及接地电极密封在二氧化硅玻 璃板状体中的面状加热器以及具有此面状加热器的半导体热处理装 置。
背景技术：
本申请的申请人提出了一种如专利文献1 (日本专利申请公开号
2000-173750 )中所示的将碳线发热体密封在二氧化硅玻璃板状体中的 面状加热器。采用此碳线发热体的面状加热器的杂质的扩散量少，因 此适用于半导体制造领域。
要注意，对于用于半导体制造领域的装置来说，已经存在将半导 体(晶圓)在等离子体气氛下进行处理的等离子体CVD装置、等离 子体蚀刻装置等装置。这些装置中，例如，等离子体CVD装置的特 征是可以通过等离子体获得使反应活化所需要的能量，因此其可以在 大约200°C 40(TC的低的基板温度下成膜。
关于此等离子体CVD装置，在图7中显示了专利文献2 (日本 专利申请公开号2000-178749)所示的等离子体CVD,并基于此图进 行说明此等离子体CVD装置。此等离子体CVD装置IOO具有可真空 排气的反应炉(室)101、配置于反应炉101内的工作台102、用于供 给用于成膜的气体到反应炉101内的成膜用气体供给系统103及104、 包括在反应炉101内产生等离子体105的高频电源装置106、 107以 及天线108的等离子体发生装置、配置于工作台102处的基板加热器 109、为此基板加热器109供给电力的加热器电源109A、配置于工作台102上的、在其表面上可放置待处理基板W的基板装载板110。
另外，上述反应炉IOI设有如油旋转泵、机械增压泵等的真空排 气系统(真空泵)111,其构成为可以使反应炉101的内部的压力降
为预定压力。
更为具体地说明，上述工作台102设于反应炉101内部中央部分 的绝缘支撑管102A的上端处。此工作台102由金属制成，在其下部 配置有上述基板加热器109。基板加热器109与加热器电源109A电 连接，此基板加热器109由加热器电源109A供给的电力分别通过工 作台102和基板装载板110加热待处理基板W。
接下来，说明此等离子体CVD装置的工作。首先，在配置于此 等离子体CVD装置的反应炉101内的金属工作台102上装载待处理 基板W,然后反应炉101内的抽真空开始。接着，在完成将压力降低 到预定压力之时，对安装在金属工作台102内部的基板加热器109进 行通电，藉由该基板加热器109通过金属工作台102，使得待处理基 板W升高到预定温度。
接下来，向反应炉(室)101内供给预定的反应气体。此后，分 别向反应炉101内的金属工作台102和天线(对向电极)108供给高 频率电力，使得在金属工作台102和天线(对向电极)108之间产生 等离子体并且引起CVD反应，使得待处理基板W上形成预定的膜。
专利文献1:日本专利申请公开号2000-173750号
专利文献2:日本专利申请公开号2000-178749号
发明内容
发明所要解决的问题
然而，传统上用于在等离子体气氛下处理半导体(晶圓)的等离 子体CVD装置、等离子体蚀刻装置等装置中的基板加热器，其由金 属或碳等导电材料形成的情况下，由于通过高频波的高频感应以用于 形成等离子体会造成发热，因此，加热器自身的温度控制是困难的。另外，其具有的问题是，尽管上述基板加热器配置于等离子体发 生区域外(金属工作台和对向电极之间的区域外)，但是由于被激励 的反应气体向下流，与基板加热器接触，因此会侵蚀基板加热器。
本申请的发明人等着眼于采用碳线发热体的加热器，将其作为解 决上述课题的一种方法进行了研究。结果，开发出抑制高频感应发热 的面状加热器，其通过在其中具有接地电极以抑制高频感应，并且不 受到被激励的反应气体的侵蚀，从而完成了根据本发明的面状加热 器。
本发明是为了解决上述问题，其目的为提供面状加热器及具有此 面状加热器的半导体热处理装置，其中，此面状加热器通过在其中具 有接地电极以抑制高频感应而抑制了高频感应发热，并且不受到纟皮激 励的反应气体的侵蚀。
解决问题的方法
为了达成上述目的所产生的本发明的面状加热器，其特征为，其
包括在二氧化硅玻璃板状体内部配置并密封为平面状的碳线发热体 和在此碳线发热体上方的在二氧化硅玻璃板状体内部配置并密封为 平面状的接地电极。
这样，由于在二氧化硅玻璃板状体内部密封了碳线发热体及接地 电极，因此可以抑制高频感应发热，并且可以抑制由被激励的反应气 体所产生的对碳线发热体及接地电极的侵蚀。
此处，希望将上述碳线发热体容纳于形成于二氧化硅玻璃板状体 的底面的槽内，该接地电极容纳于形成于上述的二氧化硅玻璃板状体 的顶面的凹部内，将另外的二氧化硅玻璃板状体熔融结合到上述的二 氧化硅玻璃板状体的顶面和底面上，从而将上述的碳线发热体及上述 的接地电极密封在二氧化硅玻璃板状体的内部。
通过采用这样的结构，可以容易地将碳线发热体及接地电极密封 在二氧化硅玻璃板状体内部。
另外，希望上述凹部内形成有多个凸部，并且上述的接地电极由碳材料形成，并且在其中以预定间隔形成多个通孔，此凹部内的形成 的凸部插入并通过接地电极的通孔。特别地，希望上述碳材料是厚度
在lmm或以下的碳片 (carbon sheet)。
通过采用这样的结构，可以抑制接地电极的膨胀和断裂。 进一步地，希望用于使上述二氧化硅玻璃板状体的顶面和另 一个
二氧化硅玻璃板状体结合的熔融结合区域与用于使上述二氧化硅玻
璃板状体的底面和另一个二氧化硅玻璃板状体结合的熔融结合区域
之间的差在8%或以下。
通过采用这样的结构，可以使二氧化硅玻璃板状体与另一个二氧
化硅玻璃板状体完全地熔融结合，可以形成一体化的二氧化硅玻璃板状体。
另外，希望将连接到上述接地电极上的连接线弯折(crimp)到 接地电极的底面上，使之电连接，此外，希望在上述连接到接地电极 的连接线上形成有纽结部，此纽结部弯折到接地电极的底面上。
通过采用这样的结构，可以抑制施加到二氧化;圭玻璃板状体的外 力，并且可以实现更为完全的电连接。
此外，希望将上述面状加热器应用于半导体热处理装置。
根据本发明，可以获得面状加热器，其由于其中具有接地电极以 抑制高频感应而可以抑制高频感应发热、由于将接地电极及碳线发热 体密封在二氧化硅玻璃板状体内而可以抑制由被激励的反应气体所
产生的侵蚀。此外，可以获得具有此加热器的半导体热处理装置。
图1是显示了本发明的一个优选实施方式的面状加热器的概略的
图2是图1所示的沿A-A线取的^L图。 图3是图1的沿B-B线取的视图。图4是图1的底视图。
图5是图3中的加热器中央区域(区域D)的放大的图。
图6是图1所示的区域C的放大的图。
图7是等离子体CVD装置的示意性图。
标号的说明
1面状加热器
la力口热面
2 二氧化》圭玻璃板状体
21第一二氧化硅玻璃体
22第二二氧化硅玻璃体
23第三二氧化硅玻璃体
22d槽
22e槽
22f槽
3接地电拟_
4a连接线
4b连接线
5a连接线
5b连接线
6接地电极连接线
10电源端子部
11 二氧化硅玻璃管
12 二氧化硅玻璃管
13 二氧化硅玻璃管
14 二氧化硅玻璃管
15 二氧化硅玻璃管
16大直径的二氧化硅玻璃管 CW碳线发热体CW1内侧区域(右侧)的碳线发热体 CW2内侧区域(左侧)的碳线发热体
CW3外侧区域(右侧)的碳线发热体 CW4外侧区域(左侧)的碳线发热体 T纽结
具体实施例方式
实施本发明的最佳方式
以下，基于图1至图6，对本发明的一个实施方式进行说明。其 中，图1是显示了本发明的一个优选实施方式的面状加热器的概略的 截面图，图2是图1所示的沿A-A线取的视图，图3是图1的沿B-B 线取的视图，图4是图1的底视图，图5是图3中的加热器中央区域 (区域C)的放大的图，图6是显示了连接接地电极的纽结部的图。
如图1所示，此面状加热器中，加热面la形成为圆形平板状， 接地电极3及碳线发热体CW封装在二氧化硅玻璃板状体2内。
上述二氧化硅玻璃板状体由第一二氧化硅玻璃体21、第二二氧化 硅玻璃体22和第三二氧化硅玻璃体23构成。
上述碳线发热体CW封装在第一二氧化硅玻璃体21和第二二氧 化硅玻璃体22之间，上述接地电极3封装在第二二氧化硅玻璃体22 和第三二氧化硅玻璃体23之间。
其中，本发明中的"碳线发热体和接地电极被密封或被封装"指的 是碳线发热体和接地电极被气密性地密封以使得不接触外部空气。
进一步地，对此面状加热器1的结构进行说明，在第二二氧化硅 玻璃体22的顶面上，形成有容纳接地电极3的凹部形状的容纳部22a。
此接地电极3形成为圆板状，从电迁移率、加工的简单性、热膨 胀系数的观点来看，其材质优选地为碳材料，更优选地是使用厚度为 lmm或以下的碳片。最优的实施方式是厚度方向对面方向的电阻各向 异性比(厚度方向/面方向)为2或以上的石墨密封。此优选的电阻值为，在厚度方向20xl(^Q.m或以下，在面方向10x10—SQ.m或以下。
另外，上述接地电极3构成为，如图2所示，以预定间隔形成有 多个通孔3a,形成于所述容纳部22a的凸部22b插入此通孔3a内。 其中，尽管图中未示出，上述通孔3a的直径比凸部22b的直径大，在 上述通孔3a和凸部22b之间形成间隙。
这样，形成多个贯通孔3a是为了防止由接地电极3的热膨胀所 引起膨胀和断裂。此膨胀是由于接地电极3封装在二氧化硅玻璃体内 部而限制了膨胀，而使接地电极3弯曲的现象。此断裂是当上述接地 电极3的弯曲达到极限，接地电极3损坏的现象。
然后，通过形成于第二二氧化硅玻璃体22顶面的凹部形状的容 纳部22a内容纳有接地电极3，第二二氧化硅玻璃22和第三二氧化硅 玻璃23熔融结合，从而使上述接地电极3封装在第二二氧化硅玻璃 体22和第三二氧化硅玻璃体23之间。
其中，上述第二二氧化硅玻璃22和第三二氧化硅玻璃23之间的 接触面积成为第二二氧化石圭玻璃体22和第三二氧化石圭玻璃体23之间 的熔融结合区域。即，上述容纳部22a的外侧的周缘区域顶面22c的 面积和上述凸部22b的顶面的面积的总和成为第二二氧化硅玻璃体22 和第三二氧化硅玻璃体23的熔融结合区域。
另外，第二二氧化硅玻璃体22的底面上设有与图3所示的配置 图案相同形状的槽22d以及从中心部在直径方向上延伸的槽22e和 22f。
此面状加热器中，加热面(加热器表面)la被分割为四个区域。 即，加热面的内侧区域净皮分割为2个，进一步地，位于内侧区域的外 周的外侧区域被分割为2个，在此每个区域内，配置有碳线发热体 CW1、 CW2、 CW3和CW4。
另夕卜，在第二二氧化硅玻璃体22的底面的中央部，如图3及图5 所示，形成有圆形的凹部22g、 22h、 22i和22j。此凹部22g和22h与 内侧区域的槽22d连通。另一方面，凹部22i和22j通过槽22e和22f与外侧区域的槽22d连通。
其中，在图3中，尽管槽22d、 22e、 22f以线来表示，但是在图 5中，这些槽有宽度地来表示。
然后，在内侧区域的第一区域(图3的右内侧区域)中，碳线发 热体CW1容纳于形成于右内侧的槽22d的内部，在内侧区域的第二 区域(图3的左内侧区域)中，碳线发热体CW2容纳于形成于左内 侧的槽22d的内部。
另外，在外侧区域的第三区域(图3的右外侧区域)中，碳线发 热体CW3容納于形成于右外侧的槽22d的内部，在外侧区域的第四 区域(图3的左外侧区域)中，碳线发热体CW4容纳于形成于左外 侧的槽22d的内部。
另夕卜，在第一二氧化硅玻璃体21的底面中央部上，如图1和图3 所示，设有电源端子部10，其具有向上述碳线发热体CW通电的连接 线4a、 4b、 5a和5b。连接线4a和4b是向内侧区域的区域通电的， 连接线5a和5b是向中央部侧区域通电的，连接线6是连接到接地电 极3的连接线。这些连接线4a、 4b、 5a、 5b和6优选地是由与上述碳 线发热体同性质的碳线所形成。
如图1和图4所示，上述连接线4a容纳于二氧化硅玻璃管11中， 连接线4b容纳于二氧化硅玻璃管12中。容纳连接线4a和4b的二氧 化硅玻璃管11和12插入并通过第一二氧化硅玻璃体21,并靠接到第 二二氧化硅玻璃体22的底面上。
因此，连接线4a从二氧化硅玻璃管11通过凹部22g,进入槽22d 内，连接到槽22d内的内侧区域的碳线发热体CW1和CW2。相似地， 连接线4b从二氧化硅玻璃管12通过凹部22h,进入槽22d内，连接 到槽22d内的内侧区域的碳线发热体CW1和CW2。
另外，尽管图中未示出，外侧区域的连接线5a从二氧化硅玻璃 管13通过凹部22i和槽22f，连接到槽22d内的碳线发热体CW3和 CW4。相似地，外侧区域的连接线5b乂人二氧化石圭玻璃管14通过凹部22j和槽22e,连接到槽22d内的碳线发热体CW3和CW4。
另外，在上述第二二氧化硅玻璃体22的中央部上，形成有通孔 22k和221，如图1和图5所示，连接到接地电极3的连接线6插入并 通过这两个通孔。此连接线6从二氧化硅玻璃管15插入并通过通孔 22k，如图6所示，形成纽结部T,插入并通过通孔221，并再次回到 二氧化硅玻璃管15内部。
然后，通过将此纽结部T弯折到接地电极3的底面上，形成电连 接。即，在第二二氧化硅玻璃22和第三二氧化硅玻璃23熔融结合、 固定时，上述纽结部弯折到接地电极3的底面上，形成电连接。
这样所形成的纽结T，即使在笫二二氧化硅玻璃22和第三二氧 化硅玻璃23熔融结合时压方向的压缩率产生误差，由于纽结部T的 形状可以变化，因此可以可靠地使接地电极3和连接线6接触，而没 有外力施加给第二二氧化硅玻璃22和第三二氧化硅玻璃23。另外， 由于形成有纽结T，在将连接线6插入并通过通孔221，并再次回到二 氧化硅玻璃管15内部时，连接线6不从贯通孔22k脱离，从而提高 了作业效率。
然后，如前所述，通过在形成于第二二氧化硅玻璃体22底面的 槽部22d内容纳碳线发热体CWl、 CW2、 CW3和CW4，并且使第二 二氧化硅玻璃体22底面和第一二氧化硅玻璃体21熔融结合，上述碳 线发热体CW1、 CW2、 CW3和CW4被封装在第一二氧化硅玻璃体 21和第二二氧化硅玻璃体22之间。
其中，上述第一二氧化硅玻璃体21和第二二氧化硅玻璃体22之 间的接触面积成为第一二氧化硅玻璃体21和第二二氧化硅玻璃体22 之间的熔融结合区域。即，第二二氧化硅玻璃体22的底面上，除了 槽22d、槽22e、槽22f、凹部22g、 22h、 22i和22j之外的面积成为 熔融结合区域。
另外，容纳上述连接线4a、 4b、 5a、 5b和6的所有的二氧化硅 玻璃管ll、 12、 13、 14和15的端部都^L密封并容纳于大直径的二氧化硅玻璃管16的内部。此大直径的二氧化硅玻璃管16被作为固定加热器的法兰(flange)或轴来使用。为了制造具有这样的结构的面状加热器1,在碳线发热体CW1、 CW2、 CW3和CW4容纳在上述第二二氧化硅玻璃体22的槽22d中， 并且与各连接线4a、 4b、 5a、 5b连接的状态下，使第一二氧化硅玻璃 体21和第二二氧化硅玻璃体22熔融结合，密封上述槽22d。另外，在第二二氧化硅玻璃体22的容纳部22a内容纳接地电极3， 使第二二氧化硅玻璃体22和第三二氧化硅玻璃体23熔融结合，密封 上述容纳部(凹部)22a。在这里，第一二氧化硅玻璃体21和第二二氧化硅玻璃体22的熔 融结合以及第二二氧化硅玻璃体22和第三二氧化硅玻璃体23的熔融 结合优选地是同时进行的。希望通过使熔融结合的次数为1次，可以降低二氧化硅玻璃放置 在高温下的次数，降低二氧化硅玻璃的再结晶化所产生的失透的发生 概率。其中，在此情况下，希望第一二氧化硅玻璃体21和第二二氧化 硅玻璃体22的熔融结合区域与第二二氧化硅玻璃体22和第三二氧化 硅玻璃体23的熔融结合区域之间的差在8%以下。在熔融结合区域有差的情况下，当熔融结合时的加压压力设定为 与较大的熔融结合区域侧相对应时，会损坏熔融结合区域较小侧。相 反，当熔融结合时的加压压力设定为与较小的熔融结合区域侧相对应 时，熔融结合区域较大侧会有不熔融结合(未熔融结合)的部分。接着，容纳连接线4a、 4b、 5a、 5b和6的所有的二氧化硅玻璃 管ll、 12、 13、 14和15的端部都被密封并容纳于大直径的二氧化石圭 玻璃管16的内部。其中，此密封的结构可以采用传统上已知的压封 (pinch seal)的结构而被密封。在这样所构成的面状加热器1中，由于包括了抑制高频感应的接 地电极3，其可以抑制碳线发热体CW的高频感应发热，可以容易地实现发热体自身的温度控制，可以实现对待处理基板W的高精度的加热。另外，由于接地电极3及碳线发热体CW封装在二氧化硅玻璃体 2中，其不接触流下的被激励的反应气体，可以防止反应。其中，在上述实施方式中，尽管说明了上述二氧化硅玻璃板状体 2为圆板形状的情况，二氧化硅玻璃板状体2也可以为矩形。产业上应用的可能性 .本发明的面状加热器可以用于半导体热处理装置，特别地，由于 其包括抑制高频感应的接地电极，抑制高频感应发热，并且不受到被 激励的反应气体的侵蚀，其可适于作为CVD装置的加热器来使用。
权利要求
1.一种面状加热器，其包括在二氧化硅玻璃板状体内部配置并密封为平面状的碳线发热体、以及在所述碳线发热体的上方在所述二氧化硅玻璃板状体内部配置并密封为平面状的接地电极。
2. 根据权利要求1所述的面状加热器，其特征在于，通过将所 述碳线发热体容纳于形成于二氧化硅玻璃板状体的底面的槽内，所述 接地电极容纳于形成于所述二氧化硅玻璃板状体的顶面的凹部内，将 另外二氧化硅玻璃板状体熔融结合到所述二氧化硅玻璃板状体的顶面和底面上，从而将所述碳线发热体及所述接地电极密封在二氧化硅 玻璃板状体的内部。
3. 根据权利要求2所述的面状加热器，其特征在于，所述凹部 内形成有多个凸部，所述接地电极由碳材料形成，并且以预定间隔形 成有多个通孔，所述凹部内的凸部插入并通过所述接地电极的通孔。
4. 才艮据权利要求3所述的面状加热器，其特征在于，所述碳材 料是厚度为lmm或以下的碳片。
5. 根据权利要求2所述的面状加热器，其特征在于，所述二氧 化硅玻璃板状体的顶面和另 一个二氧化硅玻璃板状体的熔融结合区 域与所述二氧化硅玻璃板状体的底面和另一个二氧化硅玻璃板状体 的熔融结合区域之间的差在8%或以下。
6. 根据权利要求1所述的面状加热器，其特征在于，通过将连 接到所述接地电极上的连接线弯折到所述接地电极的底面上，使之电 连接。
7. 根据权利要求6所述的面状加热器，其特征在于，在连接到 所述接地电极的连接线上形成有纽结部，所述纽结部弯折到所述接地 电才及的底面上。
8. —种半导体热处理装置，其具有权利要求1至7中任一项所 述的面状加热器。
全文摘要
本发明提供了面状加热器及具有此面状加热器的半导体热处理装置，其中，此面状加热器通过包括抑制高频感应的接地电极来抑制高频感应发热，并且此面状加热器不受被激励的反应气体的侵蚀。面状加热器1的特征为，其具有在二氧化硅玻璃板状体2内部配置并密封为平面状的碳线发热体CW、以及在此碳线发热体CW的上方的二氧化硅玻璃板状体2内部配置并密封为平面状的接地电极3。
文档编号H05B3/14GK101517706SQ20078003592
公开日2009年8月26日 申请日期2007年8月22日 优先权日2006年9月28日
发明者川崎裕雄, 柴田和生 申请人:科发伦材料株式会社;东京毅力科创株式会社