在(zài)半導體制造的(de)前道(dào)工序（FEOL）中，要(yào / yāo)對晶圓進行各種工藝處理，特别是(shì)要(yào / yāo)将晶圓加熱到(dào)一(yī / yì ／yí)定溫度，并且有着嚴格的(de)要(yào / yāo)求，因爲(wéi / wèi)溫度的(de)均勻性對産品良率有着非常重要(yào / yāo)的(de)影響；同時(shí)半導體設備還要(yào / yāo)在(zài)真空、等離子(zǐ)體和(hé / huò)化學氣體存在(zài)的(de)環境下工作，這(zhè)就(jiù)要(yào / yāo)用到(dào)陶瓷加熱器（Ceramic Heater）。陶瓷加熱器是(shì)半導體薄膜沉積設備的(de)重要(yào / yāo)零部件，應用于(yú)工藝腔體中，直接與晶圓接觸，承載并使晶圓獲得穩定、均勻的(de)工藝溫度及在(zài)晶圓表面上(shàng)進行高精度的(de)反應并生成薄膜。


陶瓷加熱器應用的(de)薄膜沉積設備因爲(wéi / wèi)涉及到(dào)高溫，一(yī / yì ／yí)般采用以(yǐ)氮化鋁（AlN）爲(wéi / wèi)主的(de)陶瓷材料。因爲(wéi / wèi)氮化鋁具有電絕緣性和(hé / huò)優異的(de)導熱性；此外其熱膨脹系數接近矽，且具有優異的(de)等離子(zǐ)體抗性，非常适合用作半導體設備零部件。

靜電卡盤（ESC）主要(yào / yāo)應用于(yú)刻蝕設備，以(yǐ)氧化鋁（Al2O3）爲(wéi / wèi)主。由于(yú)靜電卡盤本身也(yě)含加熱器，以(yǐ)幹法刻蝕爲(wéi / wèi)例，其需要(yào / yāo)将晶圓控制在(zài) -70℃~100℃ 範圍内的(de)某一(yī / yì ／yí)特定溫度下以(yǐ)維持某種刻蝕特性，因此需要(yào / yāo)通過靜電卡盤對晶圓進行加熱或散熱從而(ér)對晶圓溫度進行精準控制。再有爲(wéi / wèi)保證晶圓表面的(de)均熱性，靜電卡盤往往需要(yào / yāo)通過增加溫控區的(de)方式，對每一(yī / yì ／yí)溫控區進行單獨溫度控制，提高工藝良率。當然随着工藝的(de)發展，傳統陶瓷加熱器與靜電卡盤的(de)區分開始變得模糊，某些陶瓷加熱器就(jiù)具備高溫加熱和(hé / huò)靜電吸附的(de)雙重功能。

加熱器基本構造

陶瓷加熱器包括承載晶圓的(de)陶瓷基座，以(yǐ)及背面對其提供支承圓筒狀的(de)支持體。在(zài)陶瓷基座的(de)内部或表面，除了(le／liǎo)設置有用于(yú)加熱的(de)電阻元件（加熱層），還有射頻電極（射頻層）。爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)能夠實現快速的(de)升溫和(hé / huò)降溫，陶瓷基座的(de)厚度要(yào / yāo)薄，但過薄也(yě)會使得剛性下降。加熱器的(de)支持體一(yī / yì ／yí)般采用與基座熱膨脹系數相近的(de)材質，因此支持體往往也(yě)是(shì)氮化鋁材質。加熱器采用軸（Shaft）接合底部的(de)獨特結構，能保護端子(zǐ)和(hé / huò)導線不(bù)受等離子(zǐ)體以(yǐ)及腐蝕性化學氣體的(de)影響。支持體内設有熱傳導氣體進出(chū)管道(dào)，保證加熱器溫度均勻。基座與支持體之(zhī)間用接合層進行化學接合。

在(zài)加熱器基座内，埋設有電阻加熱元件。它是(shì)通過采用導體漿料（鎢、钼或钽）的(de)絲網印刷法來(lái)形成漩渦形或同心圓形狀電路圖案，當然也(yě)可使用金屬線、金屬網、金屬箔等。在(zài)使用絲網印刷法時(shí)，準備相同形狀的(de)兩個(gè)陶瓷闆，在(zài)其中一(yī / yì ／yí)方表面塗布導體漿料。然後，對其進行燒結形成電阻發熱體，将另一(yī / yì ／yí)方陶瓷闆夾着該電阻發熱體進行重合，由此制作埋設在(zài)基座内的(de)電阻元件。

加熱器基本性能

在(zài)使用等離子(zǐ)體增強化學氣相沉積（PECVD）設備制備薄膜時(shí)，成膜均勻性和(hé / huò)膜厚的(de)主要(yào / yāo)影響因素是(shì)等離子(zǐ)體特性和(hé / huò)工藝溫度。首先，等離子(zǐ)體的(de)密度和(hé / huò)分布直接影響薄膜的(de)均勻性和(hé / huò)沉積速率。均勻分布的(de)等離子(zǐ)體可以(yǐ)确保活性氣體在(zài)襯底表面充分反應，從而(ér)形成均勻的(de)薄膜‌。而(ér)等離子(zǐ)體能否均勻分布與嵌入加熱器中的(de)射頻網（RF Mesh）密切相關。其次，特定的(de)工藝溫度保證出(chū)色的(de)熱均勻性。陶瓷加熱器确保晶圓表面溫度在(zài)±1.0% 以(yǐ)内波動。比如日本礙子(zǐ)（NGK insulator） 生産的(de)加熱器溫度波動小于(yú) 0.1%，屬于(yú)優異指标。


制造陶瓷加熱器時(shí)，對氮化鋁材料的(de)純度也(yě)有要(yào / yāo)求。成分上(shàng)的(de)略微變化在(zài)一(yī / yì ／yí)些條件下将會改變加熱器的(de)顔色，也(yě)可能改變加熱器的(de)電學性質，當然與之(zhī)耦合的(de)等離子(zǐ)體也(yě)會改變特性。除此之(zhī)外，氮化鋁材料的(de)密度、熱導率和(hé / huò)體電阻率都會影響加熱器性能。


有文獻指出(chū)，500℃ 下加熱器的(de)體電阻率至少需要(yào / yāo)在(zài) 5.0E+9 至 1.0E+10 Ω·cm的(de)範圍内，并且 600℃~700℃ 下的(de)體電阻率至少需要(yào / yāo)在(zài) 1.0E+8 至 1.0E+9 Ω·cm 的(de)範圍内。典型的(de)氮化鋁陶瓷加熱器的(de)體電阻率從 500℃ 開始往往會快速下降，從而(ér)導緻漏電現象。

根據市場研究機構報告，2022 年全球半導體用氮化鋁陶瓷加熱器市場規模爲(wéi / wèi) 3300 萬美元，預計到(dào) 2031 年市場規模将達到(dào) 7852.9 萬美元，預測期間的(de)複合年增長率爲(wéi / wèi) 10%。半導體用氮化鋁陶瓷加熱器生産商主要(yào / yāo)包括 NGK insulator、MiCo Ceramics、Boboo Hi-Tech、AMAT、Sumitomo Electric、CoorsTek、Semixicon LLC等。2023年，全球前五大(dà)廠商占有大(dà)約 91.0% 的(de)市場份額。就(jiù)産品類型而(ér)言，目前 8 英寸是(shì)最主要(yào / yāo)的(de)細分産品，占據大(dà)約 45.9% 的(de)份額。就(jiù)産品應用而(ér)言，目前化學氣相沉積設備是(shì)最主要(yào / yāo)的(de)需求來(lái)源，占據大(dà)約 73.7% 的(de)份額。

文章來(lái)源：ICPMS冷知識  gz07apple

聲 明：本文章内容僅作分享，著作權歸屬原創所有，在(zài)此向原作者表示感謝，如涉及版權問題，請聯系删除！謝謝！

日本輕金屬氫氧化鋁、氧化鋁及造粒料中國(guó)銷售商

法國(guó)ALTEO氧化鋁造粒料中國(guó)獨家總代理商

韓國(guó)KC氧化鋁及氫氧化鋁中國(guó)銷售商

德國(guó)赢瑪INMATEC陶瓷喂料中國(guó)銷售商

印度HINDALCO氧化鋁中國(guó)銷售商

歐洲MAL氧化鋁中國(guó)銷售商

原裝進口陶瓷、抛光、導熱等行業輔助材料中國(guó)銷售商

地(dì / de)址：福建省泉州市豐澤區銘湖路碩治大(dà)樓6樓601室

電話（tel):0595-22170091

網址（Web）:www.choloon-trade.com

www.changfar-tech.com