陶瓷加熱器是在氮化鋁(AlN)或氧化鋁燒結體中埋設發熱體(鎢、鉬等)、用於加熱晶圓的設備零組件。在CVD、ALD、PECVD等需要加熱的成膜設備中,多半兼作晶圓載台(承載盤),負責在真空、腐蝕性氣體環境中穩定維持數百℃。
AlN受青睞的最大理由是熱導率高。相對於氧化鋁約20W/m·K,AlN可達150~180W/m·K,能使面內溫差保持在小範圍。此外,藉由控制體積電阻率,可在同一部件中整合靜電吸盤功能(Johnsen-Rahbek型),作為兼具加熱與吸附的「加熱器一體型ESC」使用的案例日益增加。
溫度均勻性直接關係到製程品質。ALD中前驅物的吸附與反應強烈取決於溫度,數℃的差異就會造成膜厚與組成的變異。因此將發熱體圖形分割為同心圓狀的多分區加熱器已成為標準,並施以補償外圍散熱的設計。再搭配熱電偶或輻射溫度計的實測與回饋控制。
可靠度方面的課題包括:反覆升降溫造成的熱應力與裂紋、發熱體與陶瓷的熱膨脹差,以及腐蝕性氣體造成的表面變質。特別是在鹵素系氣體環境中表面會受到侵蝕,需要選用耐蝕性高的材料或施加保護膜。一旦破損就無法加熱晶圓,設備隨之停機,因此是壽命管理很重要的零件。
供應以日本礙子(NGK Insulators)、京瓷等陶瓷廠商為主,與設備廠商共同設計電極圖形與端子結構。需要高度的燒結技術與埋設電極的位置精度,因此是進入門檻很高的零件類別。