用于層狀加熱器的復合襯底的制作方法
【專利摘要】一種形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其包括：熱固定加熱器襯底至應用襯底；以及在加熱器襯底固定至應用襯底后，施加層狀加熱器至加熱器襯底。層狀加熱器的施加包括：施加第一電介質層至加熱器襯底上，施加電阻加熱層至第一電介質層上，以及施加第二電介質層至電阻加熱層上。加熱器襯底限定材料具有與所述第一電介質層的熱膨脹系數和所述電阻加熱層的熱膨脹系數中至少一個匹配的熱膨脹系數。
【專利說明】用于層狀加熱器的復合襯底
[0001]與相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年7月3日提交的美國專利申請第13/541，006號的權益。上述申請的公開內容以引用的方式并入本文。

【技術領域】
[0003]本申請涉及到層狀加熱器，更特別地，本申請涉及到結合至半導體制程裝置的層狀加熱器，該層狀加熱器具有改進的在高溫中的可靠性。

【背景技術】
[0004]本部分中的陳述僅提供與本申請相關的背景信息并且不構成現有技術。
[0005]層狀加熱器通常包括多個通過分層工藝施加在襯底上的功能層。多個功能層可以包括襯底上的電介質層，電介質層上的電阻加熱層，以及電阻加熱層上的保護層。用于不同功能層和襯底的材料被小心地選擇以具有兼容的熱膨脹系數(CTE)，從而減少在高溫中在結合界面處產生的切應力。切應力可以在結合界面處引起裂縫或分層的產生，導致加熱器故障。
[0006]只有有限數量的材料能夠通過特定的分層工藝被用于形成不同的功能層，從而限制了用于襯底的材料的選擇，襯底應該具有與施加在襯底上的電介質層的熱膨脹系數匹配的，或者與加熱層的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數。例如，當氧化鋁陶瓷被用于形成電介質層時，由于氧化鋁氮化物或鉬與氧化鋁陶瓷的化學和熱膨脹系數的兼容性，氧化鋁氮化物或鉬通常被使用以形成襯底。
[0007]在某些應用中，層狀加熱器可以需要被結合至加熱目標。例如，層狀加熱器可以被結合至靜電卡盤以形成加熱靜電卡盤。然而，用于襯底的材料的有限的選擇使結合層狀加熱器至靜電卡盤變得困難。當層狀加熱器的襯底具有與卡盤主體的熱膨脹系數不匹配的熱膨脹系數，由于在高溫中在結合界面處裂縫或分層的產生，加熱靜電卡盤很可能失效。


【發(fā)明內容】

[0008]在一種形式中，一種形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法包括:熱固定加熱器襯底至應用襯底；以及在加熱器襯底固定至應用襯底后，施加層狀加熱器至加熱器襯底。層狀加熱器的施加包括:施加第一電介質層至加熱器襯底上，施加電阻加熱層至第一電介質層上，以及施加第二電介質層至電阻加熱層上。加熱器襯底限定材料具有與第一電介質層的材料的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數。
[0009]通過本文提供的說明，其它應用領域將變得明顯。應理解說明書和具體實施例僅旨在用于說明的目的而不旨在限制本公開的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]本文描述的附圖僅用于說明的目的并且不旨在以任何方式限制本公開的范圍。
[0011]為了本發(fā)明可以被更好地理解，現在將會描述本發(fā)明的實施方案，通過舉例的方式給出，隨附圖進行參考，其中:
[0012]圖1是根據本申請的教導構造的層狀加熱器的分解圖；
[0013]圖2是根據本申請的教導構造的包括層狀加熱器和加熱目標的加熱設備的截面圖；
[0014]圖3是根據本申請的教導構造的包括層狀加熱器和加熱目標的加熱設備的變體的截面圖；
[0015]圖4是形成供用于半導體制程的加熱設備的方法的流程圖；以及
[0016]圖5是形成供用于半導體制程的另一種加熱設備的方法的流程圖。
[0017]相應的附圖標記指示全部繪圖的各個視圖中的相應的部件。

【具體實施方式】
[0018]如下描述僅為示例性性質并且不旨在限制本公開或其應用或用途。
[0019]參考圖1，根據本申請的教導構造的層狀加熱器10包括應用襯底12，加熱器襯底14，形成在加熱器襯底14上的第一電介質層16，形成在第一電介質層16上的電阻加熱層18，以及形成在電阻加熱層18上的第二電介質層20。第一電介質層16，電阻加熱層18和第二電介質層20是通過分層工藝形成，比如厚膜法，薄膜法，熱噴涂法和溶膠凝膠法。
[0020]參考圖2，層狀加熱器10被結合至加熱目標22以形成加熱設備25。例如，加熱目標22可以是用于半導體制程的加熱靜電卡盤的卡盤頂。應用襯底12和加熱器襯底14是由不同材料制備，并且通過硬釬焊(brazing)結合以形成復合卡盤。
[0021]硬釬焊層24形成在應用襯底12和加熱器襯底14之間。硬釬焊材料可以是銀釬焊材料。其它結合工藝，比如焊接、軟釬焊、擴散粘結、環(huán)氧樹脂膠合、硫化，可以被使用以結合應用襯底12和加熱器襯底14而不背離本申請的范圍。相似地，應用襯底12可以通過任何傳統(tǒng)的結合方法結合至加熱目標22，比如硬釬焊、焊接、軟釬焊、擴散粘結、環(huán)氧樹脂膠合、硫化。
[0022]應用襯底12包括具有與加熱目標22的熱膨脹系數(CTE)匹配的熱膨脹系數的材料?；蛘撸瑧靡r底12可以是加熱目標的組成部分，來自層狀加熱器的熱量傳輸至加熱目標。加熱器襯底14包括具有與第一電介質層16的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數的材料。換句話說，應用襯底12的材料取決于加熱目標22的材料，而加熱器襯底14的材料取決于第一電介質層16的材料。
[0023]例如，當第一電介質層16包括氧化鋁陶瓷時，加熱器襯底14可以由氧化鋁氮化物或鉬制備。應用襯底12可以包括具有可以容易地匹配多數適合用于加熱目標22的材料的熱膨脹系數的熱膨脹系數的材料，無關第一電介質層16和加熱器襯底14的材料。應用襯底12可以包括奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼具有匹配廣泛的材料選擇的熱膨脹系數。因此，層狀加熱器10能夠相對容易地結合至加熱目標22.
[0024]層狀加熱器10可以是通過厚膜，薄膜，熱噴涂和溶膠凝膠工藝形成的層狀加熱器。通過在整個第一電介質層14施加電阻層，接著通過激光去除工藝以形成電路圖案，電阻加熱層18可以形成。
[0025]在另一種形式中，電阻加熱層18由具有足夠電阻溫度系數的材料形成，從而加熱層18同時起到加熱器和溫度傳感器的作用，一般稱之為“兩線控制”。這種加熱器和它們的材料被公開在，例如，美國專利第7，196，295號和美國專利申請第11/475，534號，此二專利與本申請有共同受讓人，而它們公開的內容通過全文引用結合與此。
[0026]參考圖3，加熱設備30具有與圖2中的加熱設備10的結構相似的結構，只是加熱設備30的層狀加熱器進一步包括粘合層32和頂部涂層34。粘合層32施加在加熱器襯底14上。頂部涂層34施加在第二電介質層20上。
[0027]雖然在本申請中兩個襯底被描述以形成復合襯底，多于兩個的襯底可以用來形成復合襯底，復合襯底在多層襯底間提供了熱膨脹系數的漸變。
[0028]參考圖4，形成供使用于半導體制程的加熱設備25的方法40包括:在步驟42中粘合應用襯底12至加熱目標22，當應用襯底12是加熱目標22的組成部分時，此步可以去除；然后在步驟44中加熱器襯底14熱固定至應用襯底12，熱固定可以包括硬釬焊、焊接、軟釬焊、擴散粘結、環(huán)氧樹脂膠合、在第一溫度硫化；在應用襯底12結合至加熱目標22之后，層狀加熱器然后施加至加熱器襯底14。
[0029]層狀加熱器在加熱器襯底14上的施加包括:在步驟46中施加第一電介質層16到加熱器襯底14上；在步驟48中，電阻加熱層18然后被施加在第一電介質層16上；電阻加熱層18可以在施加在第一電介質層16上時被施加以形成電路圖案；或者，通過在第一電介質層16的整個表面形成連續(xù)層，接著通過激光去除工藝以形成需要的電路圖案，電阻加熱層18可以施加；最終，在步驟50中第二電介質層20施加在電阻加熱層18上；在步驟52中方法40結束。
[0030]參考圖5，除了施加粘合層和頂部涂層的步驟以外，形成供使用于半導體制程的加熱設備30的方法60與圖4的方法40相似。更特別地，方法60包括:在步驟62中粘合應用襯底12至加熱目標22 ;然后在步驟64中加熱器襯底14熱固定至應用襯底12，熱固定可以包括硬釬焊、焊接、軟釬焊、擴散粘結、環(huán)氧樹脂膠合、在第一溫度硫化；此后，在加熱器襯底14結合至應用襯底12后，層狀加熱器施加于加熱器襯底14。
[0031]層狀加熱器施加至加熱器襯底14包括:在步驟66中施加粘合層32到加熱器襯底14上；然后在步驟68中，第一電介質層16施加在粘合層32上；在步驟70中，電阻加熱層18施加在第一電介質層16上；在步驟72中，第二電介質層20施加在電阻加熱層18上；在步驟74中，頂部涂層34施加在第二電介質層20上；最終，在步驟76中部分頂部涂層34被去除以實現預定的表面平整度；在步驟78中方法60結束。
[0032]在本申請的方法40和方法60中，硬釬焊用于有效而可靠地結合加熱器襯底14至應用襯底12。應用襯底12由具有與加熱目標22的材料的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數的材料制備。加熱器襯底14由具有與第一電介質層16的材料的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數的材料制備。復合襯底使層狀加熱器能夠施加至具有不匹配(也就是，顯著不同于)加熱器襯底14的熱膨脹系數的熱膨脹系數的加熱目標22。
[0033]此外，硬釬焊工藝需要相對高的溫度，硬釬焊工藝在層狀加熱器的各個功能層施加在加熱器襯底14之前進行。因此，層狀加熱器不承受在硬釬焊過程中不想要的高溫，從而能夠維持其完整性。
[0034]本方法通過使用應用襯底，使層狀加熱器的熱膨脹系數能夠更好地匹配任何加熱目標22。本方法也通過在層狀加熱器的不同功能層形成在加熱器襯底之前，將加熱器襯底硬釬焊至應用襯底，保證了層狀加熱器的完整性。因此，本方法能夠改進加熱設備的物理/材料特性比如機械加工性、表面粗糙度、表面硬度、化學兼容性、導熱性、導電性、輻射率、夕卜觀、成本等等。
[0035]本申請的描述僅為示例性性質，因此不偏離本申請的實質的變體形式旨在落入本申請的范圍內。這些變體形式不被視為偏離本公開設想的范圍。
【權利要求】
1.一種形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法包括: 熱固定加熱器襯底至應用襯底； 在所述加熱器襯底固定至所述應用襯底之后，施加層狀加熱器至所述加熱器襯底，所述層狀加熱器的施加包括: 施加第一電介質層至所述加熱器襯底上； 施加電阻加熱層至所述第一電介質層上；以及 施加第二電介質層至所述電阻加熱層上， 其中所述加熱器襯底限定材料具有與所述第一電介質層的熱膨脹系數和所述電阻加熱層的熱膨脹系數中至少一個匹配的熱膨脹系數。
2.根據權利要求1中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中所述加熱器襯底硬釬焊至應用襯底。
3.根據權利要求2中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中銀釬焊材料被使用。
4.根據權利要求1中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中所述層狀加熱器的每一層通過熱噴涂工藝施加。
5.根據權利要求4中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中電路圖案通過激光去除工藝形成在所述電阻加熱層。
6.根據權利要求1中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中所述第一電介質層是氧化鋁材料，所述加熱器襯底是鉬材料，而所述應用襯底是奧氏體不銹鋼材料。
7.根據權利要求1中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法進一步包括在施加所述第一電介質層前施加粘合層至所述加熱器襯底。
8.根據權利要求1中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法進一步包括施加頂部涂層到所述第二電介質層上，并且隨后通過加工去除部分頂部涂層以實現預定表面平整度。
9.一種形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法包括: 硬釬焊加熱器襯底至應用襯底； 在加熱器襯底固定至應用襯底之后施加層狀加熱器至加熱器襯底，層狀加熱器的施加包括: 通過熱噴涂工藝施加粘合層至所述加熱器襯底上； 通過熱噴涂工藝施加第一電介質層至所述粘合層上； 通過熱噴涂工藝施加電阻加熱層至所述第一電介質層上；以及 通過熱噴涂工藝施加第二電介質層至所述電阻加熱層上， 其中所述加熱器襯底限定材料具有與所述第一電介質層的熱膨脹系數和所述電阻加熱層的熱膨脹系數中至少一個匹配的熱膨脹系數。
10.根據權利要求9中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中銀釬焊材料被使用。
11.根據權利要求9中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中電路圖案通過激光去除工藝形成在所述電阻加熱層。
12.根據權利要求9中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中所述第一電介質層是氧化鋁材料，所述加熱器襯底是鉬材料，而所述應用襯底是奧氏體不銹鋼材料。
13.一種形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法包括: 在高溫中熱固定加熱器襯底至應用襯底； 在所述加熱器襯底固定至所述應用襯底后，施加至少一層功能層至所述加熱器襯底， 其中所述加熱器襯底限定材料具有與所述功能層的材料的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數，所述功能層的材料不能抵抗所述熱固定步驟的高溫。
14.根據權利要求13中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中所述功能層是粘合層，而所述方法進一步包括: 施加第一電介質層至所述粘合層上； 施加電阻加熱層至所述第一電介質層上；以及 施加第二電介質層至所述電阻加熱層上。
15.根據權利要求14中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中所述每一層通過熱噴涂工藝施加。
16.根據權利要求14中所述的形成供使用于半導體制程的加熱設備的方法，其中所述加熱器襯底硬釬焊至應用襯底。
17.一種供使用在半導體制程中的加熱設備包括: 應用襯底； 加熱器襯底，其通過熱粘合工藝固定至所述應用襯底；以及 功能層，其通過分層工藝布置在所述加熱器襯底上， 其中加熱器襯底限定材料具有與所述功能層的材料的熱膨脹系數匹配的熱膨脹系數。
18.根據權利要求17中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備，其中所述加熱器襯底硬釬焊至所述應用襯底。
19.根據權利要求17中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備，其中所述功能層熱噴涂在所述加熱器襯底上。
20.根據權利要求17中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備，其中所述功能層是粘合層并且所述層狀加熱器進一步包括布置在所述粘合層上的第一電介質層，布置在所述第一電介質層上的電阻加熱層，以及布置在所述電阻加熱層上的第二電介質層。
21.根據權利要求20中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備，其中所述每一層通過熱噴涂工藝施加。
22.根據權利要求20中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備，其中電路圖案通過激光去除工藝形成在所述電阻加熱層。
23.根據權利要求20中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備，其中所述電阻加熱層由具有足夠電阻溫度系數的材料形成，從而所述加熱器層同時起到加熱器和溫度傳感器的作用。
24.根據權利要求19中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備進一步包括布置在第二電介質層上的頂部涂層。
25.根據權利要求16中所述的供使用在半導體制程中的加熱設備，其中應用襯底限定為具有陶瓷頂表面的金屬體。
【文檔編號】H05B3/14GK104488074SQ201380036412
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年7月2日 優(yōu)先權日:2012年7月3日
【發(fā)明者】J·R·林德利, D·J·邁爾, A·D·格萊夫 申請人:華特隆電器制造公司