專(zhuān)利名稱(chēng)：陶瓷加熱器的制作方法
技術(shù)范圍本發(fā)明涉及陶瓷加熱器，特別是涉及半導(dǎo)體制品的制造和檢查裝置使用的半導(dǎo)體制造-檢查裝置用陶瓷加熱器、光學(xué)儀器等范圍使用的陶瓷加熱器。
背景技術(shù)：
具備蝕刻裝置、化學(xué)氣相成長(zhǎng)裝置等的半導(dǎo)體制造-檢查裝置等使用加熱器，該加熱器采用不銹鋼和鋁合金等金屬基材。
但是，這種金屬制成的加熱器存在以下問(wèn)題。即由于加熱器是金屬制成的，因此要求加熱板的厚度必須在15mm左右。其原因是對(duì)于薄金屬板，加熱引起的熱膨脹會(huì)導(dǎo)致翹曲、變形等，載置于金屬板上的硅晶片會(huì)破損、偏斜。不過(guò)，若增大加熱板的厚度，存在加熱器的重量增加以及體積大的問(wèn)題。
與此相對(duì)，以往在特開(kāi)平9-48668號(hào)公報(bào)等中公開(kāi)了陶瓷加熱器。這種陶瓷加熱器是一種在氮化鋁基板上埋設(shè)鎢的加熱器。不過(guò)，鎢是金屬，陶瓷和金屬的熱膨脹系數(shù)相差大，急速升溫時(shí)易產(chǎn)生裂紋。
另外，在特開(kāi)平8-306629號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平11-162620號(hào)公報(bào)、特開(kāi)平11-251040號(hào)公報(bào)中公開(kāi)的陶瓷加熱器采用了熱膨脹系數(shù)較接近于陶瓷的真空性陶瓷即碳化鎢作為加熱電阻。
在特開(kāi)平9-40481號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了在氮化硼的表面形成由熱解碳形成的加熱電阻，并用氮化硼被覆該加熱電阻的技術(shù)。
可是，這些加熱器存在如下問(wèn)題。所述加熱電阻和陶瓷鄰界間不可避免地會(huì)產(chǎn)生氣孔，因該氣泡，而使從加熱電阻向陶瓷基板加熱面的熱傳導(dǎo)延遲，而且導(dǎo)致溫度分布不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其目的是得到一種陶瓷加熱器，即使在急速升溫時(shí)，其陶瓷基板也不產(chǎn)生裂紋，通過(guò)將加熱電阻和陶瓷基板一體化，從而幾乎不出現(xiàn)加熱電阻和陶瓷基板加熱面之間的溫度差和熱傳導(dǎo)延遲等問(wèn)題。
另外，本發(fā)明的其他目的是即使在將導(dǎo)電性陶瓷用作加熱電阻時(shí)也可改善加熱面的溫度均一性。
用于半導(dǎo)體制造-檢查裝置等范圍的本發(fā)明陶瓷加熱器，其特征為，在其內(nèi)部設(shè)置的加熱電阻由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成，并且所述加熱電阻的表面存在含燒結(jié)助劑層。
在本發(fā)明中，由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成的加熱電阻由于具有所述結(jié)構(gòu)，因此其熱膨脹系數(shù)與陶瓷基板幾乎相同，即使是進(jìn)行急速升溫的場(chǎng)合陶瓷基板也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。并且，由于在加熱電阻的表面粘附有燒結(jié)助劑層，所以能夠?qū)崿F(xiàn)加熱電阻和陶瓷基板的一體化。因此，加熱電阻表面的熱能夠有效地傳導(dǎo)到陶瓷基板的加熱面，并且，加熱電阻和陶瓷基板加熱面間的溫度差也幾乎為零。
因此，即使是在急速升溫的情況下，加熱電阻的溫度和陶瓷基板加熱面的溫度基本上能夠達(dá)到一致。
而且，本發(fā)明中所述的加熱電阻優(yōu)選是將導(dǎo)電性陶瓷的生片進(jìn)行燒結(jié)而形成的，這種加熱電阻的厚度的偏差優(yōu)選為平均厚度的±10％。即在本發(fā)明中，在制作加熱電阻時(shí)，如果實(shí)施絲網(wǎng)印刷，就會(huì)因印刷厚度的分散性，而產(chǎn)生厚度偏差。即導(dǎo)電性陶瓷的體積電阻率(也稱(chēng)為比電阻率)比金屬高，所以厚度偏差對(duì)其產(chǎn)生的影響顯著。因此，在本發(fā)明中不是通過(guò)印刷而是使用由導(dǎo)電性陶瓷形成的生片通過(guò)燒結(jié)制成加熱電阻。
在本發(fā)明中，由于是將預(yù)先調(diào)整厚度偏差為±10％的導(dǎo)電性陶瓷的生片進(jìn)行燒結(jié)，與印刷的情況不同，本發(fā)明幾乎沒(méi)有厚度的偏差。因此，不會(huì)產(chǎn)生電阻值偏差，加熱面的溫度均一性?xún)?yōu)異。
本發(fā)明中，要求生片經(jīng)燒結(jié)后得到的導(dǎo)電性陶瓷中至少在表面存在含燒結(jié)助劑層。
如上所述，通過(guò)以上方法能將加熱電阻和陶瓷基板一體化，能把加熱電阻表面的熱如實(shí)迅速地傳導(dǎo)到陶瓷基板的加熱面。因此，加熱電阻和陶瓷基板加熱面間的溫度差幾乎為零。
所述導(dǎo)電性陶瓷優(yōu)選是導(dǎo)電性碳化物或氮化物陶瓷、或者碳質(zhì)材料中的至少一種物質(zhì)。所述碳化物可以用碳化鎢、碳化鉬，所述氮化物可以用氮化鈦。
在這些材料當(dāng)中，最優(yōu)選碳質(zhì)材料。碳化鎢、碳化鉬等在高溫下體積電阻率變大，放熱量減少，而使用碳質(zhì)材料時(shí)，伴隨著加熱電阻溫度的升高所述加熱電阻的體積電阻率不會(huì)變大，即使高溫下也能充分放熱，因此所述陶瓷加熱器能夠加熱到高溫。另外，由于伴隨著加熱電阻溫度的升高所述加熱電阻的體積電阻率不會(huì)變大，加熱過(guò)程中不需要改變外加電壓。
而且，所述加熱電阻被設(shè)置在陶瓷基板的內(nèi)部，不與空氣直接接觸所以不會(huì)被氧化，即使加熱電阻進(jìn)行高溫加熱，其電阻值也不會(huì)變化或消失。
所述燒結(jié)助劑優(yōu)選為氧化釔或氧化鐿。其原因如后所述。
所述陶瓷加熱器優(yōu)選在所述陶瓷基板的內(nèi)部形成靜電電極，從而作為附帶加熱器的靜電吸盤(pán)發(fā)揮作用。這是因?yàn)樵诩訜岚雽?dǎo)體晶片等被處理物時(shí)也常使用靜電吸盤(pán)。


圖1是示意性地表示一例本發(fā)明陶瓷加熱器的平面圖。
圖2是圖1所示的陶瓷加熱器的部分放大截面圖。
圖3是示意性地表示把圖1所示的陶瓷加熱器配置于支撐容器的狀態(tài)的截面圖。
圖4(a)是示意性地表示作為本發(fā)明的陶瓷加熱器一例的靜電吸盤(pán)的截面圖，圖4(b)是其A-A線的截面圖。
圖5是示意性地表示埋設(shè)于陶瓷基板的靜電電極的另一例的水平截面圖。
圖6是示意性地表示被埋設(shè)于陶瓷基板的靜電電極的另一不同例的水平截面圖。
圖7(a)～圖7(g)是示意性地表示本發(fā)明陶瓷加熱器制造方法的一例的截面圖。
圖8(a)～圖8(f)是示意性地表示本發(fā)明陶瓷加熱器的其他制造方法的一例的截面圖。
圖9(a)～圖9(g)是具備本發(fā)明中的產(chǎn)生等離子的電極的加熱器的制造工序圖。
圖10是表示與實(shí)施例1相關(guān)的陶瓷加熱器的加熱電阻及陶瓷基板加熱面升溫情況的曲線圖。
圖11是表示與比較例1相關(guān)的陶瓷加熱器的加熱電阻及陶瓷基板加熱面升溫情況的曲線圖。
圖12是表示與實(shí)施例4相關(guān)的陶瓷加熱器的加熱電阻及陶瓷基板加熱面升溫情況的曲線圖。
圖13是表示與比較例5相關(guān)的陶瓷加熱器的加熱電阻及陶瓷基板加熱面升溫情況的曲線圖。
圖14是加熱電阻的電子顯微鏡照片。
圖15是用紅外熱攝像儀觀察到的實(shí)施例4的加熱器加熱面的照片。
圖16是用紅外熱攝像儀觀察到的比較例5的加熱器加熱面的照片。
具體實(shí)施例方式
以下，說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，但本發(fā)明并不只局限于這一實(shí)施方式。
本發(fā)明涉及在陶瓷基板的內(nèi)部設(shè)置了加熱電阻并主要用于半導(dǎo)體制造-檢查裝置等的陶瓷加熱器，其特征為，所述加熱電阻由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成，并且在所述加熱電阻的表面存在含燒結(jié)助劑層。
圖1是示意性地表示一例本發(fā)明陶瓷加熱器的平面圖，圖2是圖1所示的陶瓷加熱器的部分放大截面圖。
如圖1所示，對(duì)于本發(fā)明陶瓷加熱器10，在形成圓板形狀的陶瓷基板11內(nèi)部的外周附近的位置上，埋設(shè)有發(fā)熱電阻12，其中，通過(guò)配置沿圓周方向分割為多個(gè)彎曲線的重復(fù)圖案形成的發(fā)熱電阻12a～12h、在12a～12h的內(nèi)側(cè)由同樣的彎曲線的重復(fù)圖案形成的發(fā)熱電阻12i～12l和在12i～12l的內(nèi)側(cè)由同心圓形狀形成的發(fā)熱電阻12m～12p，而形成了所述發(fā)熱電阻12。于是，通過(guò)通孔130，以及作為輸入輸出端子的截面觀察為T(mén)字型的外部端子13，連接到這些發(fā)熱電阻12a～12p的兩端部。
對(duì)于所述陶瓷基板11，在接近其中央的部分形成貫通孔15，在所述基板11的底面形成盲孔14，所述貫通孔15可使提升銷(xiāo)(Lifterpin)16穿過(guò)，所述盲孔14用于安裝測(cè)溫元件。
所述提升銷(xiāo)16是一個(gè)在其上載置半導(dǎo)體晶片39等被處理物并使被處理物向上向下移動(dòng)的裝置，借此，在提升銷(xiāo)16的作用下將半導(dǎo)體晶片傳送給圖中未示出的搬送機(jī)，提升銷(xiāo)16還可以從搬送機(jī)上接受半導(dǎo)體晶片，與此同時(shí)，在提升銷(xiāo)16的作用下，將半導(dǎo)體晶片載置于陶瓷基板11的加熱面11a上并加熱，或支撐半導(dǎo)體晶片使其處于與加熱面11a的距離為50～2000μm的狀態(tài)并對(duì)其進(jìn)行加熱。
在陶瓷基板11上設(shè)置有貫通孔和凹部，在貫通孔或凹部安裝具有尖頭狀或半球狀頂端部的支撐銷(xiāo)，然后使該支撐銷(xiāo)處于距陶瓷基板11稍稍突出的狀態(tài)，用支撐銷(xiāo)支撐半導(dǎo)體晶片，從而使半導(dǎo)體晶片處于距離加熱面50～2000μm的狀態(tài)，進(jìn)行半導(dǎo)體晶片的加熱。
所述加熱電阻12是用碳化鎢、碳化鉬、碳質(zhì)材料等導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成的。該加熱電阻12優(yōu)選為多孔性物質(zhì)。
不過(guò)，在本發(fā)明中最重要的構(gòu)造是所述加熱電阻12中通過(guò)涂布或其他方式使燒結(jié)助劑至少存在于其表面上，其中，所述燒結(jié)助劑對(duì)構(gòu)成埋設(shè)有所述加熱電阻12的陶瓷基板11的陶瓷材料的焙燒具有有效的作用。
圖2是加熱電阻12的放大截面圖。從此圖可知，在加熱電阻12的外周部形成了燒結(jié)助劑層即含燒結(jié)助劑層24。
這樣，加熱電阻12中至少在表面(也可以浸透到一定內(nèi)部)上，通過(guò)設(shè)置含燒結(jié)助劑層24，使該燒結(jié)助劑浸透并填充到在加熱電阻12表面可能產(chǎn)生的氣孔中，由此在結(jié)構(gòu)上將加熱電阻12和陶瓷基板11一體化，不在其鄰界產(chǎn)生氣孔。其結(jié)果使熱傳導(dǎo)率在所述鄰界附近均一化，同時(shí)，在加熱電阻和陶瓷基板加熱面之間不會(huì)發(fā)生升溫的延遲或不均一。結(jié)果加熱電阻12的溫度控制特性(應(yīng)答性)得到提高，并能夠迅速反映由加熱電阻到陶瓷基板11的加熱面11a的熱傳導(dǎo)。
在示例材料中用作所述加熱電阻12的材料優(yōu)選為碳質(zhì)材料。隨著溫度的上升，碳質(zhì)材料的體積電阻率有下降的趨勢(shì)，由這樣的碳質(zhì)材料構(gòu)成的加熱電阻12即使在高溫放熱，由于體積電阻率不會(huì)變大，因此在高溫下也能充分放熱，并能急速升溫。
作為所述碳質(zhì)材料，可以列舉出例如石墨、玻璃態(tài)碳、熱解碳等。既可以單獨(dú)使用這些碳質(zhì)材料，也可以2種或2種以上并用。
作為所述燒結(jié)助劑，可以使用堿金屬的氧化物、堿土金屬的氧化物、稀土元素的氧化物、碳化硼、碳等，除此以外，也可以使用氧化鈉、氧化鈣、氧化銣、氧化釔、氧化鐿等。燒結(jié)助劑中的氧也可以由稀土元素的氧化物供給?？梢詫⑺鰺Y(jié)助劑配成溶液，并涂布在預(yù)先成型為板或箔形狀的導(dǎo)電性陶瓷表面上，也可以在導(dǎo)電性陶瓷成型時(shí)混入所述燒結(jié)助劑。
本發(fā)明中，作為加熱電阻，可以采用導(dǎo)電性陶瓷的生片經(jīng)燒結(jié)后得到的物體。由于導(dǎo)電性陶瓷的未燒結(jié)片的厚度均一性?xún)?yōu)異，所以對(duì)于燒結(jié)該未燒結(jié)片而制得的加熱電阻，其厚度的偏差可以控制在±10％。因此，可使加熱面的溫度均一性提高。
作為加熱電阻12的圖形，可以列舉出由如圖1所示的重復(fù)彎曲線的圖案和同心圓形狀的圖案構(gòu)成的形狀以外的，由渦旋形狀、偏心圓形狀、同心圓形狀和彎曲線形狀的組合形狀等。
對(duì)于所述加熱電阻12，可以通過(guò)改變其厚度或?qū)挾葋?lái)改變其電阻值，從實(shí)用性的角度考慮，優(yōu)選其厚度范圍為1～5000μm。而且，其厚度越薄，寬度越窄，加熱電阻12的電阻值越大。例如，加熱電阻12截面的形狀可以是方形、橢圓形、紡錘形、半圓筒形中的任何一種形狀，但是優(yōu)選加熱電阻12為扁平形狀。扁平形狀容易向加熱面放熱，因?yàn)榧訜崦骐y以進(jìn)行溫度分布，所以能增加向加熱面的熱傳導(dǎo)量。所述加熱電阻12也可以是螺旋形狀。
在陶瓷加熱器10上，由加熱電阻12構(gòu)成的通路數(shù)只要大于等于1個(gè)就沒(méi)有特別的限定，為了均一地加熱加熱面，優(yōu)選分為多個(gè)通路形成加熱電阻。
將加熱電阻12埋設(shè)于陶瓷基板11的內(nèi)部時(shí)，其形成的位置沒(méi)有特別的限定，但是優(yōu)選從陶瓷基板11的底面到其厚度方向的60％這段位置至少形成1層加熱電阻。象這樣的埋設(shè)位置，熱在傳導(dǎo)到加熱面11a的過(guò)程中易擴(kuò)散，加熱面11a的溫度容易變得均一。
作為陶瓷基板11的材料，可以舉出例如氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、氧化物陶瓷等陶瓷。在這些陶瓷當(dāng)中，優(yōu)選氮化物陶瓷，這是因?yàn)榈锾沾傻臒醾鲗?dǎo)率大。在氮化物陶瓷中，最優(yōu)選氮化鋁，這是因?yàn)榈X的熱傳導(dǎo)率最高，其為180W/m·K。
陶瓷基板11的亮度以基于JIS Z 8721標(biāo)準(zhǔn)的值計(jì)優(yōu)選小于等于N6。這是因?yàn)檫@種亮度的物體具有優(yōu)異的輻射熱量和遮蔽性。而且，由這樣的陶瓷基板構(gòu)成的熱板可以通過(guò)紅外熱攝像儀準(zhǔn)確地測(cè)定其表面溫度。
此處，對(duì)于亮度N，將理想黑色的亮度定為0，將理想白色的亮度定為10，黑色亮度和白色亮度之間的顏色的明亮的感知是通過(guò)將各種顏色平均分成10份，以NO～N10為標(biāo)記來(lái)表示。實(shí)際測(cè)定是用與N0～N10相對(duì)應(yīng)的色板進(jìn)行比較而得到的。這時(shí)，小數(shù)點(diǎn)后一位為0或5。
具有這樣特性的陶瓷基板11是通過(guò)使基板含有50～5000ppm碳而得到的。在碳中既有非結(jié)晶態(tài)碳也有結(jié)晶態(tài)碳，非結(jié)晶態(tài)碳能抑制基板在高溫時(shí)體積電阻率的下降，結(jié)晶態(tài)碳能抑制基板在高溫時(shí)熱傳導(dǎo)率的下降，因此可根據(jù)基板的制造目的等來(lái)選擇適宜的碳的種類(lèi)。
非結(jié)晶態(tài)碳是通過(guò)在空氣中將例如只由C、H、O所構(gòu)成的烴優(yōu)選糖類(lèi)進(jìn)行焙燒而得到的，作為結(jié)晶態(tài)碳可以使用石墨粉末等。另外，在惰性氛圍氣下使丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂熱分解后，通過(guò)加熱加壓能夠得到碳，通過(guò)改變?cè)摫┧犷?lèi)樹(shù)脂的酸值，還能夠調(diào)整結(jié)晶(非結(jié)晶)度。
適合于本發(fā)明的陶瓷基板11的平面形狀優(yōu)選是如圖1所示的圓板形狀，其直徑優(yōu)選大于等于200mm，直徑大于等于250mm時(shí)效果尤為顯著。對(duì)于圓板形狀的陶瓷基板11要求具有溫度均一性，而直徑大的基板溫度易變得不均一，所以本發(fā)明的陶瓷基板效果獨(dú)特。
陶瓷基板11的厚度優(yōu)選小于等于50mm，較優(yōu)選小于等于20mm。最優(yōu)選為1～5mm。這是因?yàn)樗龊穸冗^(guò)薄，高溫加熱時(shí)易發(fā)生翹曲；另一方面，所述厚度過(guò)厚則熱容量過(guò)大，升溫降溫的特性減弱。
為了抑制在高溫時(shí)的熱傳導(dǎo)率下降和發(fā)生翹曲，優(yōu)選陶瓷基板11的氣孔率為0或小于等于5％。所述氣孔率是通過(guò)阿基米德法測(cè)定的。
在所述加熱電阻12端部的正下方，形成通孔130。而且，在所述通孔130和陶瓷基板11的底面之間形成蓋孔(袋孔)190，從而通孔130能夠?qū)С龅酵獠俊Ｔ谏w孔190內(nèi)，插入外部端子13，通過(guò)焊錫或釬焊材料(圖中未示出)等使其與通孔130電氣連接。
通孔130由鎢、鉬等金屬或這些金屬的碳化物等構(gòu)成，其直徑優(yōu)選為0.1～10mm。因?yàn)檫@不僅能防止斷線，還能防止裂紋和變形。對(duì)所述蓋孔190的大小沒(méi)有特別的限定，其大小能使外部端子13的頭部插入即可。
所述外部端子13的材料例如可以使用鎳、鐵鎳鈷合金等金屬，其形狀優(yōu)選是截面為T(mén)字型的。另外，所述外部端子的大小可根據(jù)使用的陶瓷基板11的大小、加熱電阻12的大小等，適宜地調(diào)整，所以沒(méi)有特別的限定，不過(guò)優(yōu)選軸部直徑為0.5～5mm、軸部長(zhǎng)度為1～10mm。在這樣的外部端子13上安裝具有電導(dǎo)線的插口，該電導(dǎo)線可與電源等連接。
在所述盲孔14內(nèi)，裝有具有導(dǎo)線的熱電偶等測(cè)溫元件，并用耐熱性樹(shù)脂、陶瓷(硅膠等)等密封。在該盲孔14中安裝的熱電偶等測(cè)溫元件測(cè)定加熱電阻12的溫度，以其數(shù)據(jù)為依據(jù)而改變電壓、電流，從而用于控制本發(fā)明陶瓷加熱器10的溫度。
所述熱電偶的導(dǎo)線接合部位的大小可以和各導(dǎo)線的導(dǎo)線束直徑相同或比它大，且小于等于0.5mm為好。通過(guò)把導(dǎo)線做成這樣的形狀，導(dǎo)線在接合部分的熱容量變小，能把溫度準(zhǔn)確且迅速地變換為電流值。由此，溫度控制性提高，半導(dǎo)體晶片39的加熱面11a的溫度分布差變小。
作為所述熱電偶，如JIS-C-1602(1980)中列舉出的那樣，可舉出K型、R型、B型、E型、J型、T型熱電偶。除所述熱電偶外，作為本發(fā)明陶瓷加熱器10的測(cè)溫手段，可舉出例如鉑熱電阻、熱敏電阻等測(cè)溫元件，除此之外，還可舉出使用紅外熱攝像儀等光學(xué)設(shè)備的測(cè)溫方法。在使用所述紅外熱攝像儀的情況下，除了能夠測(cè)定陶瓷基板11的加熱面11a的溫度外，還可以直接測(cè)定半導(dǎo)體晶片39等被加熱物表面的溫度，因此被加熱物的溫度控制精確度得到提高。
象這樣的陶瓷加熱器10，通常配置在支撐容器上使用。圖3是示意性地表示陶瓷加熱器配置于所述支撐容器上的狀態(tài)的截面圖。在圖中，支撐容器20是由大致為有底的圓筒形狀的隔熱部件26和載置于其上部的截面呈L字型的支撐部件21構(gòu)成的，在支撐部件21上嵌入有截面呈L字型的絕熱環(huán)25，所述絕熱環(huán)25可使陶瓷基板11嵌合。而且，通過(guò)使用螺栓28和緊固件27使陶瓷基板11固定于支撐部件21和隔熱部件26。
在圖3中描述了在陶瓷基板11的內(nèi)部形成的加熱電阻12的放大截面圖。從該圖可知，在加熱電阻12的外周，形成有含燒結(jié)助劑層24。而且，對(duì)于上述以外的加熱電阻12的截面，圖示中省略了含燒結(jié)助劑層24。
在陶瓷基板11形成貫通孔15的部分，設(shè)置有與貫通孔15連通的導(dǎo)引管22。在隔熱部件26的底板部分，配置了多個(gè)制冷劑供給管29，同時(shí)還配置了多個(gè)制冷劑排出口26a，通過(guò)所述制冷劑排出口26a，從所述制冷劑供給管29供給到支撐容器20內(nèi)部的制冷劑可排出到外部，從而能夠迅速冷卻加熱后的陶瓷加熱器10。
在這種支撐容器20的內(nèi)部，與陶瓷基板11的加熱電阻12相連接的外部端子13通過(guò)插口19與電導(dǎo)線18連接，該電導(dǎo)線18從隔熱部件26的底板部分向外部引出，與圖中未示出的電源等連接。另外，連接在插入盲孔14內(nèi)的測(cè)溫元件17上的導(dǎo)線160，也從隔熱部件26的底板部分向外部引出，與圖中未示出的外部控制裝置等連接。
但是，這種結(jié)構(gòu)的支撐容器20，由于其內(nèi)部不是完全處于密封狀態(tài)，因此，當(dāng)將硅晶片39等被處理物載置在陶瓷基板11的上部，并將反應(yīng)性氣體或鹵氣吹于硅晶片39上時(shí)，所述反應(yīng)性氣體或鹵氣有可能侵入到支撐容器20的內(nèi)部。
由于外部端子13、電導(dǎo)線18和插口19暴露于所述反應(yīng)性氣體或鹵氣等中會(huì)被腐蝕，因此，優(yōu)選采取對(duì)策，以使所述反應(yīng)性氣體或鹵氣不與外部端子13、電導(dǎo)線18和插口19直接接觸。
這樣的對(duì)策例如有將外部端子13、電導(dǎo)線18及插口19容置在陶瓷制的筒狀體內(nèi)部。
構(gòu)成所述筒狀體的陶瓷可以使用例如氮化鋁、氧化鋁、氧化硅、莫來(lái)石、堇青石、碳化硅等的氧化物陶瓷、氮化硅及碳化硅等。
另外，作為其他的對(duì)策，也可以采用把外部端子13、電導(dǎo)線18及插口19用耐腐蝕性?xún)?yōu)異的樹(shù)脂等被覆的方法。
另外，優(yōu)選將連接在測(cè)溫元件17上的導(dǎo)線160容置在絕緣體(圖中未示出)的內(nèi)部，以使其不與反應(yīng)性氣體或鹵氣等直接接觸。從而防止所述導(dǎo)線被腐蝕而斷線等。
因此，對(duì)于以這樣的狀態(tài)配置在支撐容器20上的陶瓷加熱器10，由于外部端子13、電導(dǎo)線18、插口19及導(dǎo)線160被陶瓷制筒狀體或絕緣體等保護(hù)著，因此即使長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)地暴露于反應(yīng)性氣體或鹵氣等中也不會(huì)被腐蝕，成為耐腐蝕性?xún)?yōu)異的加熱器。
本發(fā)明陶瓷加熱器10優(yōu)選在100℃或100℃以上使用，較優(yōu)選在200℃或200℃以上使用。這是因?yàn)?，高溫下加熱電?2的體積電阻率不會(huì)變大，即使不升高外加電壓，放熱量也不會(huì)下降，并且不會(huì)出現(xiàn)加熱電阻12被氧化而使其電阻值變化或消失的情況。
本發(fā)明陶瓷加熱器是一種在進(jìn)行半導(dǎo)體制造、檢查時(shí)用于加熱半導(dǎo)體晶片等的裝置，具體地說(shuō)，是用來(lái)把半導(dǎo)體晶片等被處理物載置于陶瓷基板的表面或使其保持一定間距，然后加熱晶片到規(guī)定的溫度，以及清洗晶片的裝置。
在本發(fā)明陶瓷加熱器的陶瓷基板的內(nèi)部進(jìn)一步形成靜電電極的情況下，其作為附帶加熱器的靜電吸盤(pán)發(fā)揮作用。
圖4(a)是示意性地表示這種加熱器用靜電吸盤(pán)的縱截面圖，(b)是其A-A線的截面圖。
這種附帶加熱器的靜電吸盤(pán)30在陶瓷基板31的內(nèi)部埋設(shè)有吸盤(pán)正極靜電層32、吸盤(pán)負(fù)極靜電層33，在這些吸盤(pán)正負(fù)極靜電層32、33上設(shè)置有通孔36，并在這些靜電電極上形成陶瓷電介質(zhì)膜34。而且，在陶瓷基板31的內(nèi)部設(shè)置了加熱電阻320，從而能夠加熱半導(dǎo)體晶片39等被處理物，并在該加熱電阻320的端部設(shè)置有通孔360。
圖4(a)中描述了在陶瓷基板31的內(nèi)部形成的加熱電阻320的放大截面圖。從該圖可知，在加熱電阻320的邊緣部形成有含燒結(jié)助劑層38。對(duì)于上述以外的加熱電阻320的截面，描述中省略了含燒結(jié)助劑層38。
雖然在圖中未示出，但是可如下進(jìn)行連接。在陶瓷基板31的底面，通孔36、360露出而形成蓋孔，把外部端子插入到該蓋孔中，并且用焊錫等與通孔36、360連接。
在這一例中，根據(jù)需要也可以在所述陶瓷基板31中埋設(shè)RF電極。另外，與上文所述的陶瓷加熱器10的加熱電阻12相同，這一例中的所述加熱電阻320可以由碳化鎢、碳化鉬、碳質(zhì)材料等導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。由所述導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成的加熱電阻320優(yōu)選是多孔性物質(zhì)。另外，要求加熱電阻320中至少在表面具有含燒結(jié)助劑層，所述燒結(jié)助劑對(duì)所述陶瓷基板31的陶瓷材料的燒結(jié)有效。
象這樣，加熱電阻320中至少在表面設(shè)置含燒結(jié)助劑層的理由如上所述的陶瓷加熱器例子中述及的原因。這種加熱電阻320優(yōu)選使用碳質(zhì)材料，因?yàn)樵诟邷胤秶潴w積電阻率不會(huì)變大，伴隨著加熱電阻320溫度的升高即使不升高外加電壓，放熱量也不會(huì)下降，而且由于這種加熱電阻320被設(shè)置在陶瓷基板31的內(nèi)部，不與空氣直接接觸，因此也不會(huì)出現(xiàn)被氧化而導(dǎo)致電阻值變化或消失的情況。因此，在內(nèi)部形成有這種加熱電阻320的附帶加熱器的靜電吸盤(pán)30可以適合高溫下使用。
如圖4(b)所示，附帶加熱器的靜電吸盤(pán)30一般形成平面角度上的圓形狀，在陶瓷基板31的內(nèi)部，由半圓弧狀部32a和梳齒部32b構(gòu)成的吸盤(pán)正極靜電層32與由同樣的半圓弧狀部33a和梳齒部33b構(gòu)成的吸盤(pán)負(fù)極靜電層33中，梳齒部32b、33b相向配置呈相互交叉的狀態(tài)。
吸盤(pán)正負(fù)極靜電層32、33優(yōu)選是由貴金屬(金、銀、鉑、鈀)、鉛、鎢、鉬、鎳等金屬或者是由鎢、鉬的碳化物等導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成。而且，它們可以單獨(dú)使用也可以?xún)煞N或兩種以上并用。
作為陶瓷基板31的材料，可以使用與上文所述的陶瓷加熱器10的陶瓷基板11相同的材料。
在這種附帶加熱器的靜電吸盤(pán)30的陶瓷基板31的底面，插入到所述蓋孔并與通孔連接的外部端子，通過(guò)插口與電導(dǎo)線連接。與上文所述的陶瓷加熱器10的情況相同，這些外部端子、插口及電導(dǎo)線等要設(shè)法不與反應(yīng)性氣體或鹵氣直接接觸，優(yōu)選以配置于如圖3所示的支撐容器上的狀態(tài)來(lái)使用。
當(dāng)使這種附帶加熱器的靜電吸盤(pán)30工作時(shí)，分別在加熱電阻320和靜電電極32、33上加載電壓V1、V2。由此，載置于附帶加熱器的靜電吸盤(pán)30上的半導(dǎo)體晶片39被靜電吸附在陶瓷基板31上，并被加熱到規(guī)定溫度。
圖5是示意性地表示在陶瓷基板上形成的其他附帶加熱器的靜電吸盤(pán)的靜電電極的水平截面圖。對(duì)于圖5所示的附帶加熱器的靜電吸盤(pán)70，在陶瓷基板71的內(nèi)部形成半圓形的吸盤(pán)正極靜電層72和吸盤(pán)負(fù)極靜電層73。圖6是示意性地表示另一個(gè)附帶加熱器的靜電吸盤(pán)的靜電電極的水平截面圖。該附帶加熱器的靜電吸盤(pán)80中，在陶瓷基板81的內(nèi)部形成了分割為四個(gè)四分之一圓形狀的吸盤(pán)正極靜電層82a、82b和吸盤(pán)負(fù)極靜電層83a、83b。這時(shí)，2片吸盤(pán)正極靜電層82a、82b及2片吸盤(pán)負(fù)極靜電層83a、83b，分別交叉地配置于對(duì)角線上。
所形成的電極是圓形等電極被分割的形態(tài)時(shí)，其分割數(shù)沒(méi)有特別的限定，可以分割成5份或5份以上，其形狀也不限于扇形。
下面，對(duì)本發(fā)明陶瓷加熱器的制造方法加以說(shuō)明。
圖7(a)～(g)是示意性地表示本發(fā)明陶瓷加熱器制造方法的一部分截面圖。
在圖7(b)、(g)中示出了加熱電阻12的截面放大圖，關(guān)于這以外的加熱電阻12的截面，描述中省略了其燒結(jié)助劑涂布層240或含燒結(jié)助劑層24。
(1)加熱電阻的制作工序首先，把由上文所述的碳質(zhì)材料所構(gòu)成的碳?jí)K切割成厚度為50～5000μm，制成碳片42(圖7(a))。
其次，在制成的碳片42上實(shí)施刻紋加工等，例如制成如圖1所示圖案的加熱電阻12。該加熱電阻12可以是用刮片法將由碳化鎢、碳化鉬等導(dǎo)電性陶瓷和粘合劑混合得到的漿料成型為片狀，來(lái)制成生片，也可以通過(guò)刻紋加工，制成加熱電阻12。
在所述加熱電阻12的表面涂布所述燒結(jié)助劑的溶液，然后使燒結(jié)助劑滲透其表面后進(jìn)行涂層加工，形成燒結(jié)助劑涂布層240(圖7(b))。
(2)生片的制作工序接著，把陶瓷粉末及三氧化二釔與粘合劑、溶劑等一起混合，通過(guò)噴霧干燥處理制成顆粒，把該顆粒填充到模具等中進(jìn)行成型，從而制成由板狀體構(gòu)成的未處理成型體。在該未處理成型體中，優(yōu)選三氧化二釔的含量為0.1重量％～10重量％，并優(yōu)選含有結(jié)晶態(tài)、非結(jié)晶態(tài)碳。并且，在該未處理成型體中，除所述三氧化二釔外，也可以含有諸如CaO、Na2O、Li2O、Rb2O3等。因?yàn)檫@些化合物也起到燒結(jié)助劑的作用。
粘合劑優(yōu)選是丙烯酸類(lèi)粘合劑、乙基纖維素、丁基溶纖劑、聚乙烯醇中的至少一種粘合劑。溶劑優(yōu)選是α-萜品醇、乙二醇中的至少一種溶劑。
在所述未處理成型體中，設(shè)置了盲孔，該盲孔成為連接加熱電阻的端部和外部端子的通孔，在該盲孔里填充導(dǎo)體漿料從而形成導(dǎo)體漿料層430，制成未處理成型體基板41。在盲孔里也可以填充碳素粉末或其成型體。所述板狀未處理成型體41的厚度優(yōu)選為0.1～5mm。
在所述導(dǎo)體漿料中，使其含有金屬顆粒或?qū)щ娦蕴沾深w粒。作為所述金屬顆粒的鎢顆粒或鉬顆粒等的平均粒徑優(yōu)選是0.1～5μm。如果平均粒徑不足0.1μm或超過(guò)5μm，則不易印刷漿料。所述導(dǎo)電性陶瓷顆粒可以使用鎢或鉬的碳化物等。
這樣的導(dǎo)體漿料合適的配方例如是將85～87重量份的金屬顆粒或?qū)щ娦蕴沾深w粒；1.5～10重量份的丙烯酸類(lèi)、乙基纖維素、丁基溶纖劑、聚乙烯醇中的至少一種粘合劑；以及1.5～10重量份的α-萜品醇、乙二醇中的至少一種溶劑。
(3)在生片上層疊加熱電阻的工序。
其次，在形成通孔的導(dǎo)體漿料層430的未處理成型體基板41上，載置已形成一定圖案的加熱電阻12(圖7(c))。
這時(shí)，要求載置于未處理成型體41的加熱電阻12的端部和通孔的填充層430的上面相接觸。這是為了，使外部端子與后面工序形成的通孔連接，并通過(guò)該外部端子和通孔，把加熱電阻12與外部電源連接。
此處，優(yōu)選對(duì)加熱電阻12施加修整處理。通過(guò)修整處理，能夠精確地控制加熱電阻12的電阻值(電阻率)，從而可使制造的陶瓷加熱器加熱面的溫度均一。通過(guò)燒結(jié)未處理成型體基板41，得到陶瓷基板后，也可以在該基板上載置加熱電阻12。
另外，可以通過(guò)如激光或噴射等，進(jìn)行所述修整處理。無(wú)論用哪種方法，都能準(zhǔn)確地修整加熱電阻12，從而可以準(zhǔn)確地控制加熱電阻12的電阻值(電阻率)。在進(jìn)行修整處理的時(shí)候，優(yōu)選每隔一定的距離，使電阻測(cè)定端子與成為加熱電阻的碳相接觸并測(cè)定其電阻值，根據(jù)測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行修整。修整時(shí)可以用準(zhǔn)分子激光器、二氧化碳激光器、YAG(釔鋁石榴石)激光器等。
(4)陶瓷漿料的印刷工序下面，在載置有加熱電阻12的未處理成型體基板41上，采用絲網(wǎng)印刷法等印刷陶瓷漿料，形成覆蓋加熱電阻12的陶瓷漿料層41′，制作層疊體(圖7(d))。
所述陶瓷漿料可以使用和上文所述的制作未處理成型體基板41時(shí)所使用的漿料相同組成的漿料。
而且，陶瓷漿料層41′優(yōu)選是在未處理成型體基板41上反復(fù)多次印刷所述陶瓷漿料，形成層疊。這樣是為了在準(zhǔn)確控制制成的層疊體厚度的同時(shí)，防止在加熱電阻12和陶瓷漿料層41′之間產(chǎn)生間隙。
這時(shí)，優(yōu)選首先將在未處理成型體41上印刷的陶瓷漿料層干燥，之后在所述漿料層上再印刷所述陶瓷漿料，形成具有規(guī)定厚度的陶瓷漿料層41′。
在所述陶瓷漿料的層疊體上，形成搬運(yùn)半導(dǎo)體晶片等被處理物的提升銷(xiāo)所插入的貫通孔部分45、支撐硅晶片的支撐銷(xiāo)所插入的貫通孔部分(圖中未標(biāo)出)、以及埋入熱電偶等測(cè)溫元件的盲孔部分44。另外，也可以在焙燒所述層疊體制成陶瓷基板之后形成這些部分。
(5)陶瓷層疊體的焙燒工序加熱所述層疊體，使未處理成型體基板41、陶瓷漿料層41′及導(dǎo)體漿料層430燒結(jié)，加工成規(guī)定的形狀，從而制得了在其內(nèi)部形成有加熱電阻12及通孔130的陶瓷基板11(圖7(e))。
這里，未處理成型體基板41及陶瓷漿料層41′其組成相同，因此焙燒得到的陶瓷基板11中二者一體化。所述陶瓷層疊體的焙燒在不低于陶瓷粉末的焙燒溫度進(jìn)行即可，例如所述陶瓷粉末為氮化鋁時(shí)，加熱溫度優(yōu)選為1000～2500℃。
然后，在陶瓷基板11的底面，通過(guò)鉆孔加工、噴砂等噴射處理等，形成蓋孔190，使通孔130露到外部(圖7(f))。
(6)端子等的安裝然后，在陶瓷基板11的底面形成的蓋孔190中，通過(guò)焊錫、釬焊材料插入外部端子13，進(jìn)行加熱、軟溶，將外部端子13連接到通孔130(圖7(g))。
在焊錫處理的時(shí)候，適合的所述加熱溫度為90～450℃，在用釬焊材料處理的時(shí)候，適合的加熱溫度為900～1100℃。
之后，通過(guò)插口19，將與電源連接的電導(dǎo)線18連接到外部端子13(參照?qǐng)D3)。
最后，把用作測(cè)溫元件的熱電偶等插入盲孔14內(nèi)，并用耐熱性樹(shù)脂等密封，制成本發(fā)明陶瓷加熱器。
本發(fā)明陶瓷加熱器如圖7(g)所示，由于在陶瓷基板11的內(nèi)部形成的加熱電阻12的外周部形成了含燒結(jié)助劑層24，因此該加熱電阻12和陶瓷基板11是不含氣孔的連續(xù)整體(即二者一體化)，加熱電阻表面的熱能夠迅速傳導(dǎo)到陶瓷基板的加熱面。因此，可以使加熱電阻的溫度和陶瓷基板加熱面的升溫速度基本一致。
在這種陶瓷加熱器中，在陶瓷基板上載置硅晶片等半導(dǎo)體晶片，或者用提升銷(xiāo)、支撐銷(xiāo)等支撐硅晶片等，然后一邊對(duì)硅晶片等進(jìn)行加熱或冷卻，一邊進(jìn)行清洗等操作。
在制造所述陶瓷加熱器的時(shí)候，通過(guò)在陶瓷基板的內(nèi)部設(shè)置靜電電極，從而能夠制造靜電吸盤(pán)。但是，這時(shí)要求形成用于連接靜電電極和外部端子的通孔，但不要求形成用于插入支撐銷(xiāo)的貫通孔。
在陶瓷基板內(nèi)部設(shè)置電極的時(shí)候，在生片41上印刷的陶瓷漿料層的上方，形成作為靜電電極的導(dǎo)體漿料層，在該導(dǎo)體漿料層上，也可以再印刷陶瓷漿料層。
對(duì)于所述導(dǎo)體漿料層，可以使用上文所述的形成作為通孔130的導(dǎo)體漿料層430時(shí)使用的導(dǎo)體漿料。
下面，圖8(a)～(f)是示意性地表示與本發(fā)明相關(guān)的陶瓷加熱器的其他制造方法的一部分的截面圖。而且，在圖8(b)、(f)中描述了加熱電阻12的放大截面圖，對(duì)于這以外的加熱電阻12的截面，描述中省略了燒結(jié)助劑涂布層240或含燒結(jié)助劑層24。
(1)加熱電阻的制造工序首先，把由所述碳質(zhì)材料構(gòu)成的碳?jí)K切割成厚度為0.1～1mm，制成碳片52(圖8(a))。然后，對(duì)制成的碳片52進(jìn)行刻紋加工等，制成如圖1所示圖案的加熱電阻12。
而且，也可以用刮片法將由碳化鎢或碳化鉬和粘合劑混合得到的漿料成型為片狀作為生片，再經(jīng)刻紋加工等，制成加熱電阻12。
最后，在加熱電阻12的表面涂布上文所述的燒結(jié)助劑溶液后，使燒結(jié)助劑滲透表面，進(jìn)行涂層加工，形成燒結(jié)助劑涂布層240(圖8(b))。
(2)生片的制造工序其次，將陶瓷粉末和三氧化二釔與粘合劑、溶劑等混合配制漿料，用該漿料制造生片。在該生片中，三氧化二釔的含量?jī)?yōu)選為0.1～10重量％，另外，也可以在所述生片中添加結(jié)晶態(tài)或非結(jié)晶態(tài)碳。另外，在該生片中，除了所述三氧化二釔外，還可以含有諸如CaO、Na2O、Li2O、Rb2O3等。因?yàn)檫@些化合物也適合用作燒結(jié)助劑。
所述粘合劑優(yōu)選是丙烯酸類(lèi)粘合劑、乙基纖維素、丁基溶纖劑、聚乙烯醇中的至少一種粘合劑。
溶劑優(yōu)選是α-萜品醇、乙二醇中的至少一種溶劑。
將這些混合得到的漿料用刮片法等成型為片狀，制成生片50。生片50的厚度優(yōu)選是0.1～5mm。
下面，在該生片50上，形成連接加熱電阻的端部和外部端子的通孔部分、用于搬運(yùn)半導(dǎo)體晶片等被處理物的提升銷(xiāo)所插入的貫通孔部分55、用于支撐硅晶片的支撐銷(xiāo)所插入的貫通孔部分(圖中未標(biāo)出)、埋入熱電偶等測(cè)溫元件的盲孔部分54。而且，這樣的貫通孔、盲孔可以是在后述的生片層疊體形成后，或者形成所述層疊體、燒結(jié)后再進(jìn)行所述加工。
在成為所述通孔的部分印刷金屬漿料或者導(dǎo)電性陶瓷漿料，形成導(dǎo)體漿料層530。在這些導(dǎo)體漿料中含有金屬顆?；?qū)щ娦蕴沾深w粒。作為所述金屬顆粒的鎢顆?；蜚f顆粒等的平均粒徑優(yōu)選是0.1～5μm。如果平均粒徑不足0.1μm或超過(guò)5μm，則不易印刷導(dǎo)電體漿料。
另外，所述導(dǎo)電性陶瓷顆粒采用鎢或鉬的碳化物等。這樣的導(dǎo)體漿料例如可以使用如下配方組成的組合物(漿料)，將85～87重量份的金屬顆?；?qū)щ娦蕴沾深w粒；1.5～10重量份的丙烯酸類(lèi)、乙基纖維素、丁基溶纖劑、聚乙烯醇中的至少一種粘合劑；以及1.5～10重量份的α-萜品醇、乙二醇中的至少一種溶劑混合形成組合物。
(3)在生片上層疊加熱電阻的工序下面，在形成了作為通孔的導(dǎo)體漿料層530的生片50上，載置形成了規(guī)定圖案的加熱電阻12(圖8(c))。
這時(shí)，要求以加熱電阻12的端部和作為通孔的導(dǎo)體漿料層530的上面相接觸的狀態(tài)，把加熱電阻12載置于生片50上。這是為了把外部端子連接在后面工序形成的通孔上，通過(guò)外部端子和通孔，將加熱電阻12與外部電源連接。
在這里，加熱電阻12優(yōu)選進(jìn)行修整處理。因?yàn)檫@樣能夠精確地控制加熱電阻12的電阻值(電阻率)，從而可使制造的陶瓷加熱器加熱面的溫度均一。
可以通過(guò)如激光或噴射等，進(jìn)行所述修整處理。無(wú)論用哪種方法，都能準(zhǔn)確地修整加熱電阻12，從而可以準(zhǔn)確地控制加熱電阻12的電阻值。
(4)生片的層疊工序其次，在載置了加熱電阻12的生片的上下，層疊多片沒(méi)有載置加熱電阻12的生片50，制作生片層疊體(圖8(c))。這時(shí)，在載置了加熱電阻12的生片的上側(cè)層疊的生片50的數(shù)目，比在下側(cè)層疊的生片50的數(shù)目多，并使制作的陶瓷基板加熱電阻的形成位置偏向于底面一側(cè)的方向。具體地講，優(yōu)選上側(cè)生片50的層疊數(shù)目是20～50片，下側(cè)生片50的層疊數(shù)目是5～20片。
(5)生片層疊體的焙燒工序其次，加熱生片層疊體，燒結(jié)生片50及內(nèi)部的導(dǎo)體漿料層530，加工成規(guī)定形狀，制造在其內(nèi)部形成了加熱電阻12以及通孔130的陶瓷基板11(圖8(d))。
在這一陶瓷基板11的底面，通過(guò)鉆孔加工、噴砂等噴射處理等而形成蓋孔190，并使通孔130露出到外部(圖8(e))。
(6)端子等的安裝其次，在陶瓷基板11的底面形成的蓋孔190中，通過(guò)焊錫、釬焊材料插入外部端子13，進(jìn)行加熱、軟溶，將外部端子13連接到通孔130(圖8(f))。在焊錫處理的時(shí)候，適合的所述加熱溫度為90～450℃，在用釬焊材料處理的時(shí)候，適合的加熱溫度為900～1100℃。
通過(guò)插口19，將與電源連接的電導(dǎo)線18連接在外部端子13上(參照?qǐng)D3)。然后，把用作測(cè)溫元件的熱電偶等插入已形成的盲孔14內(nèi)，并用耐熱性樹(shù)脂等密封，制成本發(fā)明陶瓷加熱器。
本發(fā)明陶瓷加熱器，如圖8(f)所示，由于在陶瓷基板11的內(nèi)部形成的加熱電阻12的外周部形成了含燒結(jié)助劑層24，因此該加熱電阻12和陶瓷基板11成為一體化，加熱電阻表面的熱能夠直接地傳導(dǎo)到陶瓷基板的加熱面。因此，可以使加熱電阻的溫度和陶瓷基板加熱面的溫度基本一致。
在這種陶瓷加熱器中，在陶瓷基板上載置硅晶片等半導(dǎo)體晶片，或者用提升銷(xiāo)、支撐銷(xiāo)等支撐硅晶片等，然后一邊對(duì)硅晶片等進(jìn)行加熱、冷卻，一邊進(jìn)行清洗等操作。
除了所述方法外，也可以按如下方法制造。預(yù)先制成具有通孔等的陶瓷基板，再在其上通過(guò)CVD等形成規(guī)定圖案的碳層，然后，通過(guò)修整等處理調(diào)整其電阻值之后，按照?qǐng)D7所示的方法，用陶瓷漿料涂覆加熱電阻，經(jīng)焙燒，制成本發(fā)明陶瓷加熱器。
在制造所述陶瓷加熱器的時(shí)候，通過(guò)在陶瓷基板的內(nèi)部設(shè)置靜電電極，從而能夠制造靜電吸盤(pán)。但是，這時(shí)要求形成用于連接靜電電極和外部端子的通孔，但不要求形成用于插入支撐銷(xiāo)的貫通孔。
在陶瓷基板的內(nèi)部設(shè)置電極的時(shí)候，也可以在生片50上印刷作為靜電電極的導(dǎo)體漿料層而形成電極。
所述導(dǎo)體漿料層可以使用上文所述的形成作為通孔130的導(dǎo)體漿料層530時(shí)使用的導(dǎo)體漿料層。
實(shí)施例(實(shí)施例1)陶瓷加熱器的制造(參照?qǐng)D1、2及圖7)(1)將由石墨和玻璃態(tài)碳構(gòu)成的碳?jí)K(揖斐電(ィビデン)公司制T-4/ET-10)切割成厚度為200μm，制成碳片42，對(duì)碳片42進(jìn)行刻紋加工，制成如圖1所示的由彎曲線和同心圓所構(gòu)成的圖案的加熱電阻12。
然后，在加熱電阻12的表面涂布1mol/l的硝酸釔水溶液，并使其干燥。
(2)然后，將100重量份氮化鋁粉末(德山(トクヤマ)公司制，平均粒徑1.1μm)、4重量份氧化釔(Y2O3三氧化二釔，平均粒徑0.4μm)、11.5重量份丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份分散劑以及53重量份由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合后得到漿料，把漿料進(jìn)行噴霧干燥處理制成顆粒，并將顆粒填充到模具中，經(jīng)成型制成厚度為1.5mm的板狀體。
(3)接著，在該板狀體中作為通孔的部分形成盲孔，然后填充導(dǎo)體漿料，形成導(dǎo)體漿料層430，制得未處理成型體基板41。其中，所述導(dǎo)體漿料是通過(guò)將100重量份平均粒徑1μm的碳化鎢顆粒、3.0重量份丙烯酸類(lèi)粘合劑、3.5重量份α-萜品醇溶劑以及0.3重量份分散劑混合配制而得到的。
(4)然后，在未處理成型體基板41上，載置所述(1)步驟制成的加熱電阻12，使其端部和作為通孔的導(dǎo)體漿料層430接觸。
用波長(zhǎng)為1060nm的YAG激光(日本電氣公司制S143AL，輸出功率5W、脈沖頻率0.1～40KHz)對(duì)該加熱電阻12進(jìn)行激光修整，控制其電阻值(電阻率)。這時(shí)，將加熱電阻分20處測(cè)定其電阻值，并根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行修整處理。其結(jié)果是，加熱電阻12的電阻值的偏差小于等于5％。
(5)然后，在載置有經(jīng)所述修整處理后的加熱電阻12的未處理成型體基板41的上面，采用絲網(wǎng)印刷法印刷所述(2)工藝中使用的漿料，形成厚度為1.5mm的陶瓷漿料層41′，制得層疊體。
接著，在所述層疊體上，形成用于搬運(yùn)硅晶片的提升銷(xiāo)所插入的貫通孔部分45、支撐硅晶片的支撐銷(xiāo)所插入的貫通孔部分(圖示中為標(biāo)出)、以及用于埋入熱電偶的盲孔部分44。
(6)然后，將所述層疊體在溫度1800℃、壓力20Mpa下熱壓，并切割成直徑為210mm，得到厚度大約為3mm，在其內(nèi)部形成加熱電阻12及通孔130的同時(shí)，形成有貫通孔15及盲孔14的氮化鋁基板。
(7)接著，在(6)中所得到的氮化鋁基板的底面，將形成通孔130的部分鏜孔，形成蓋孔190。
(8)然后，用銀焊料(Ag40重量％、Cu30重量％、Zn28重量％、Ni1.8重量％、其余部分其他元素、軟熔溫度800℃)在蓋孔190上安裝外部端子13。而且，通過(guò)插口19，外部端子13與電導(dǎo)線18相連接。
(9)然后，把控制溫度的熱電偶插入盲孔14內(nèi)，填充聚酰亞胺樹(shù)脂，在190℃固化2小時(shí)，制得在其內(nèi)部設(shè)置有加熱電阻及通孔的陶瓷加熱器10。
另外，在圖2中描述了加熱電阻12的放大截面圖。從該圖我們可以知道在加熱電阻12的外周部位，形成含燒結(jié)助劑層24。另外，在圖3、圖4(a)、圖7(b)、(g)、圖8(b)、(f)中，也記錄了加熱電阻的放大截面圖，這些地方也同樣的在加熱電阻的外周部位形成燒結(jié)助劑涂布層或含燒結(jié)助劑層。
(實(shí)施例2)陶瓷加熱器的制造(參照?qǐng)D1、2及圖8)
(1)將由石墨和玻璃態(tài)碳構(gòu)成的碳?jí)K(揖斐電公司制T-4/ET-10)切割成厚度為0.6mm，制成碳片52，對(duì)碳片52進(jìn)行刻紋加工，制成如圖1所示的由彎曲線和同心圓所構(gòu)成的圖案的加熱電阻12。
然后，在加熱電阻12的表面涂布3mol/l的硝酸鐿水溶液，并使其干燥。
(2)然后，將100重量份氮化鋁粉末(德山公司制，平均粒徑1.1μm)、4重量份氧化釔(Y2O3三氧化二釔，平均粒徑0.4μm)、11.5重量份丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份分散劑以及53重量份由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合，使用混合得到的漿料，通過(guò)刮片法成型，制成厚度為0.47mm的多個(gè)生片50。
將該生片50在80℃下干燥5小時(shí)，之后經(jīng)沖孔設(shè)置用來(lái)與外部端子連接的通孔部分、用于搬運(yùn)硅晶片的提升銷(xiāo)所插入的貫通孔部分55，及盲孔部分54。
(3)然后，向生片50的所述通孔的部分填充導(dǎo)體漿料，形成導(dǎo)體漿料層530。其中，所述導(dǎo)體漿料是通過(guò)將100重量份平均粒徑1μm的碳化鎢顆粒、3.0重量份丙烯酸類(lèi)粘合劑、3.5重量份α-萜品醇溶劑以及0.3重量份分散劑混合配制成的。
(4)接著，在形成通孔的導(dǎo)體漿料層530的生片50上，載置按所述(1)的步驟制成的加熱電阻12，使其端部和作為通孔的導(dǎo)體漿料層530正好相接。
用波長(zhǎng)為1060nm的YAG激光(日本電氣公司制S143AL輸出功率5W、脈沖頻率0.1～40KHz)對(duì)加熱電阻12進(jìn)行激光修整，控制其電阻值(電阻率)。這時(shí)，將加熱電阻分20處測(cè)定其電阻值，根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行修整處理。其結(jié)果是，加熱電阻12的電阻值的偏差在5％以?xún)?nèi)。
(5)然后，在載置有所述經(jīng)修整處理后的加熱電阻12的生片50上，重疊37片沒(méi)有印刷導(dǎo)體漿料的生片50，在其下面重疊13片沒(méi)有印刷導(dǎo)體漿料的生片50，在130℃、8Mpa下層疊，制成生片層疊體。
(6)然后，將所述層疊體在溫度1800℃、壓力20Mpa下熱壓，并切割成直徑為210mm、得到厚度約為3mm，在其內(nèi)部形成加熱電阻12及通孔130的同時(shí)，形成有貫通孔15及盲孔14的氮化鋁基板。
(7)之后，與實(shí)施例1中的(7)～(9)相同，在氮化鋁基板的底面設(shè)置蓋孔190，連接外部端子13等制得陶瓷加熱器10。
(實(shí)施例3)靜電吸盤(pán)的制造(參照?qǐng)D4)(1)將由石墨和玻璃態(tài)碳構(gòu)成的碳?jí)K(揖斐電公司制T-4/ET-10)切割成厚度為0.6mm，制成碳片，對(duì)碳片進(jìn)行刻紋加工，制成如圖1所示的由彎曲線和同心圓所構(gòu)成的圖案的加熱電阻320。
然后，在加熱電阻320的表面涂布1mol/l的硝酸釔水溶液，并使其干燥。
(2)然后，將100重量份氮化鋁粉末(德山公司制，平均粒徑1.1μm)、4重量份氧化釔(Y2O3三氧化二釔，平均粒徑0.4μm)、11.5重量份丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份分散劑以及53重量份由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合，將混合得到的漿料通過(guò)刮片法成型，制成厚度為0.5mm的片狀成型體。
(3)之后，把該片狀成型體在80℃下干燥5小時(shí)后，在作為通孔36、360的部分形成盲孔，填充導(dǎo)體漿料，形成導(dǎo)體漿料層，制得生片。其中，所述導(dǎo)體漿料由100重量份平均粒徑為1μm的碳化鎢顆粒、3.0重量份丙烯酸類(lèi)粘合劑、3.5重量份α-萜品醇溶劑以及0.3重量份分散劑混合配制得到。
(4)然后，在所述生片上，載置所述步驟(1)制成的加熱電阻，使其端部與作為通孔360的所述導(dǎo)體漿料層接觸。
用波長(zhǎng)為1060nm的YAG激光(日本電氣公司制S143AL輸出功率5W、脈沖頻率0.1～40KHz)對(duì)所述加熱電阻進(jìn)行激光修整，控制其電阻值(電阻率)。這時(shí)，將加熱電阻分為20處，測(cè)定其電阻值，根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行修整處理。其結(jié)果是，加熱電阻12的電阻值的偏差在5％以?xún)?nèi)。
(5)然后，在載置有經(jīng)所述修整處理后的加熱電阻的生片的上面，采用絲網(wǎng)印刷法印刷所述步驟(2)中使用的漿料，形成厚度為1.5mm的陶瓷漿料層，制得層疊體。
在作為該層疊體通孔36的部分設(shè)置貫通孔，并填充所述導(dǎo)體漿料。
(6)然后，使用與在所述作為通孔的部分里填充的導(dǎo)體漿料具有相同組成的導(dǎo)體漿料，并在所述層疊體的表面形成如圖4(b)所示的靜電電極圖案，具有該靜電電極圖案的部分和成為通孔36部分的導(dǎo)體漿料層相連接。
進(jìn)一步在其上面層壓2片生片，并在溫度130℃、壓力8Mpa下層壓所述生片，從而得到未燒結(jié)片層疊體。其中，所述生片與未進(jìn)行任何加工的所述生片具有相同組成，厚度為0.47mm。
(7)然后，將得到的生片層疊體在溫度為1800℃、壓力為20Mpa下熱壓，并切割成直徑為210mm，得到厚度約為3mm、在其內(nèi)部形成有加熱電阻、通孔及靜電電極的氮化鋁基板。
而且，在該氮化鋁基板的內(nèi)部形成厚度為0.6mm、寬為2.4mm的加熱電阻320，以及厚6μm的吸盤(pán)正極靜電層32、吸盤(pán)負(fù)極靜電層33。
(8)然后，在由(7)得到的氮化鋁基板的底面，將形成通孔36、360的部分進(jìn)行鏜孔，從而得到蓋孔。
(9)接著，用銀焊料(Ag40重量％、Cu30重量％、Zn28重量％、Ni1.8重量％、其余部分其他元素、干燥溫度800℃)在所述蓋孔上連接外部端子。而且，通過(guò)插口，外部端子與電導(dǎo)線相連接。
(10)然后，把控制溫度的熱電偶插入盲孔內(nèi)，填充聚酰亞胺樹(shù)脂，在190℃固化2小時(shí)，制得在其內(nèi)部設(shè)置有靜電電極、加熱電阻及通孔的帶有靜電吸盤(pán)功能的陶瓷加熱器。
(實(shí)施例4)陶瓷加熱器的制造(1)將100重量份碳化鎢粉末(平均粒徑為1.1μm)，11.5重量份丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份分散劑以及53重量份由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合，將混合得到的漿料通過(guò)用刮片法成型，制成厚度為50μm的片狀成型體。然后，將該片狀成型體沖孔加工成如圖1所示的由彎曲線和同心圓構(gòu)成的圖案，成為加熱電阻。進(jìn)一步，在該加熱電阻的表面涂布1mol/l的硝酸釔水溶液，并干燥。
(2)然后，將100重量份氮化鋁粉末(德山公司制，平均粒徑1.1μm)、4重量份氧化釔(Y2O3三氧化二釔，平均粒徑0.4μm)、11.5重量份丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份分散劑以及53重量份由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合，將混合得到的漿料進(jìn)行噴霧干燥處理制成顆粒，并將這種顆粒填充到模具中、進(jìn)行成型，從而制成厚度為1.5mm的板狀體。
(3)然后，在該板狀體上作為通孔的部分形成盲孔，然后填充導(dǎo)體漿料，形成導(dǎo)體漿料層430，制得未處理成型體基板41。其中，所述導(dǎo)體漿料由100重量份平均粒徑1μm的碳化鎢顆粒、3.0重量份丙烯酸類(lèi)粘合劑、3.5重量份α-萜品醇溶劑以及0.3重量份分散劑混合配制得到。
(4)接著，在未處理成型體基板上，載置以所述步驟(1)制成的加熱電阻12，使其端部和作為通孔的導(dǎo)體漿料層接觸。
用波長(zhǎng)為1060nm的YAG激光(日本電氣公司制S143AL輸出功率5W、脈沖頻率0.1～40KHz)對(duì)該加熱電阻進(jìn)行激光修整，控制其電阻值(電阻率)。這時(shí)，將加熱電阻分20處測(cè)定其電阻值，根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行修整處理。其結(jié)果是，加熱電阻12的電阻值的偏差在5％以?xún)?nèi)。
(5)然后，在載置有所述經(jīng)修整處理的加熱電阻12的未處理成型體基板41上，用絲網(wǎng)印刷法印刷在所述步驟(2)使用的漿料，形成厚度為1.5mm的陶瓷漿料層，制得層疊體。
接著，在所述層疊體上，形成用來(lái)搬運(yùn)硅晶片的提升銷(xiāo)所插入的貫通孔部分45、支撐硅晶片的支撐銷(xiāo)所插入的貫通孔部分(圖中未標(biāo)出)、以及埋入熱電偶等測(cè)溫元件的盲孔部分44。
(6)然后，將所述層疊體在溫度1800℃、壓力20Mpa下熱壓，并切割成直徑為210mm，得到厚度大約為3mm，在其內(nèi)部形成有加熱電阻12及通孔130的同時(shí)又形成貫通孔15及盲孔14的氮化鋁基板。
(7)然后，在(6)中所得到的氮化鋁基板的底面，將形成通孔130的部分鏜孔，形成蓋孔190。
(8)然后，用銀焊料(Ag40重量％、Cu30重量％、Zn28重量％、Ni1.8重量％、其余部分其他元素、干燥溫度800℃)在蓋孔190上連接外部端子13。而且，通過(guò)插口19，外部端子13與電導(dǎo)線18相連接。
(9)然后，把控制溫度的熱電偶插入盲孔14內(nèi)，填充聚酰亞胺樹(shù)脂，在190℃固化2小時(shí)，制得了在其內(nèi)部設(shè)置有加熱電阻及通孔的陶瓷加熱器10。
(實(shí)施例5)陶瓷加熱器的制造(1)將100重量份碳化鉬粉末(平均粒徑為1.1μm)，11.5重量份丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份分散劑以及53重量份由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合，將混合得到的漿料通過(guò)刮片法成型，制成厚度為50μm的片狀成型體。并且，將該片狀成型體沖孔加工成如圖1所示的圖案。另外，除在該加熱電阻的表面涂布1mol/l的硝酸釔水溶液并干燥以外，與實(shí)施例4同樣操作，得到陶瓷加熱器。
(實(shí)施例6)帶有等離子體發(fā)生電極的陶瓷加熱器的制造(1)將100重量份碳化鉬粉末(平均粒徑為1.1μm)，11.5重量份丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份分散劑以及53重量份由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合，將混合得到的漿料通過(guò)刮片法成型，制成厚度為50μm的片狀成型體。并且，將該片狀成型體沖孔加工成如圖1所示的由彎曲線和同心圓構(gòu)成的圖案，制成加熱電阻。(圖9(a)(b))(2)然后，將100重量份的氮化鋁粉末(德山公司制，平均粒徑1.1μm)、4重量份的氧化釔(Y2O3三氧化二釔，平均粒徑0.4μm)、11.5重量份的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份的分散劑以及53重量份的由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合得到漿料，將制得的漿料進(jìn)行噴霧干燥處理，將得到的顆粒填充到模具中，經(jīng)成型制成厚度為1.5mm的板狀體。
(3)然后，在這一板狀體的作為通孔的部分形成盲孔，然后填充由100重量份的平均粒徑為1μm的碳化鎢顆粒、3.0重量份的丙烯酸類(lèi)粘合劑、3.5重量份的α-萜品醇溶劑以及0.3重量份的分散劑混合配制而得到的導(dǎo)體漿料，形成導(dǎo)體漿料層430，制得未處理成型體基板41。
(4)接著，在未處理成型體基板41上，載置以所述(1)工序制成的加熱電阻12，要求其端部和作為通孔的導(dǎo)體漿料層接觸。(圖9(c))用波長(zhǎng)為1060nm的YAG激光(日本電氣公司制S143AL輸出功率5W、脈沖頻率0.1～40KHz)，對(duì)加熱電阻進(jìn)行激光修整，調(diào)整其電阻值(電阻率)。這時(shí)，將分別在加熱電阻的20個(gè)位置測(cè)定其電阻值，根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行修整處理。其結(jié)果，加熱電阻12的電阻值的偏差小于等于5％。而且，在這一加熱電阻的表面涂布1mol/l的硝酸釔水溶液。
(5)然后，在載置了所述經(jīng)修整處理的加熱電阻12的未處理成型體基板41上，用絲網(wǎng)印刷法印刷所述(2)工序中使用的漿料，形成厚度為1.5mm的陶瓷漿料層，制得層疊體。(圖9(d))在這一層疊體上設(shè)置通孔(供電端子用填料)用的開(kāi)口。然后，在其上印刷由100重量份的平均粒徑為1μm的鎢顆粒、3.0重量份的丙烯酸類(lèi)粘合劑、3.5重量份的α-萜品醇溶劑以及0.3重量份的分散劑混合配制而成的導(dǎo)體漿料，再在其上用絲網(wǎng)印刷法印刷所述工序(2)中所使用的漿料，填充形成了通孔(填料)130，該通孔130使高頻率電極500和供給這一高頻率電極電力的端子連接。在這一高頻電極500上，形成厚為1.5mm的陶瓷漿料層，制成層疊體。
接著，在所述層疊體上，形成用于搬運(yùn)硅晶片的提升銷(xiāo)所插入的貫通孔部分45、用于支撐硅晶片的支撐銷(xiāo)所插入的貫通孔(圖中未標(biāo)出)，以及用于埋入熱電偶的盲孔部分44(圖9(e))。
(6)隨后，將所述層疊體在溫度為1800℃、壓力為20Mpa下熱壓，并切割成直徑為210mm，得到厚度大約為3mm、在其內(nèi)部形成有加熱電阻12、高頻電極500及通孔130的同時(shí)又形成了貫通孔15及盲孔14的氮化鋁基板。
(7)接著，在(6)中所得到的氮化鋁基板的底面，將形成通孔130的部分進(jìn)行鏜孔，從而得到蓋孔190(圖9(f))。
(8)然后，將100重量份的氮化鋁粉末(德山公司制，平均粒徑1.1μm)、11.5重量份的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份的分散劑以及由53重量份的1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合后得到漿料，把漿料進(jìn)行噴霧干燥處理制成顆粒，并將這種未添加三氧化二釔的ALN顆粒填充到模具中，經(jīng)成型制得內(nèi)徑為5mm、直徑為6mm的ALN圓筒，在溫度1800℃下常壓燒結(jié)，制成保護(hù)管700。
(9)然后，用銀焊料(Ag40重量％、Cu30重量％、Zn28重量％、Ni1.8重量％、其余部分為其他元素、軟溶溫度800℃)在蓋孔190安裝外部端子13。而且，在外部端子13內(nèi)部形成中心螺紋(メタねじ)，其陰螺紋連接供電棒。
(10)使保護(hù)管700與陶瓷基板相接觸，在1850℃下焙燒1小時(shí)，將保護(hù)管和陶瓷基板接合。(圖9(g))(11)然后，把用于控制溫度的鎧裝熱電偶插入盲孔14內(nèi)，從而制得了在其內(nèi)部設(shè)置有加熱電阻、通孔(填料)和高頻電極的陶瓷加熱器10。
(比較例1)陶瓷加熱器的制造除了不進(jìn)行實(shí)施例1的工序(1)中在加熱電阻12的表面涂布硝酸釔水溶液之外，與實(shí)施例1相同地，制造陶瓷加熱器。
(比較例2)陶瓷加熱器的制造代替實(shí)施例1的工序(1)中對(duì)碳片加工而制成的加熱電阻，使用直徑為0.5mm的鎢制放熱線作為加熱電阻，除此以外與實(shí)施例1相同地，制造陶瓷加熱器。
(比較例3)陶瓷加熱器的制造(1)將100重量份的氮化鋁粉末(德山公司制，平均粒徑1.1μm)、4重量份的氧化釔(Y2O3三氧化二釔，平均粒徑0.4μm)、11.5重量份的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份的分散劑以及53重量份的由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合得到漿料，把漿料進(jìn)行噴霧干燥處理，并將得到的顆粒填充到模具中、經(jīng)成型制成厚度為1.5mm的板狀體。
(2)然后，在這一板狀體的作為通孔的部分，形成盲孔，填充由100重量份的平均粒徑為1μm的碳化鎢顆粒、3.0重量份的丙烯酸類(lèi)粘合劑、3.5重量份的α-萜品醇溶劑以及0.3重量份的分散劑混合配制而成的導(dǎo)體漿料，形成導(dǎo)體漿料層，制得未處理成型體基板。
(3)然后，將如圖1所示的加熱電阻和具有同樣圖案開(kāi)口的氮化鋁制板狀體載置于未處理成型體基板上，通過(guò)在1800℃、400Pa(3托)條件下將甲烷熱分解，從而在未處理成型體基板表面上形成熱解性碳層，然后除去氮化鋁制板狀體，在未處理成型體基板上形成了由彎曲線和同心圓所構(gòu)成的圖案的加熱電阻。
(4)然后，在未處理成型體基板上形成厚度為1.5mm的陶瓷漿料層，制成層疊體。
接著，在所述層疊體上，形成用于搬運(yùn)硅晶片的提升銷(xiāo)所插入的貫通孔部分、用于支撐硅晶片的支撐銷(xiāo)所插入的貫通孔部分(圖中未標(biāo)出)，以及用于埋入熱電偶的盲孔部分。
(5)然后，將所述層疊體在溫度1800℃、壓力20Mpa下熱壓，并切割成直徑為210mm，得到厚度大約為3mm、在其內(nèi)部形成了由甲烷氣體熱分解而形成的石墨所構(gòu)成的加熱電阻及通孔的同時(shí)、又形成有貫通孔及盲孔的氮化鋁基板。
(6)在(5)中得到的氮化鋁基板的底面，把形成通孔130的部分進(jìn)行鏜孔，從而制得蓋孔。
(7)接著，用銀焊料(Ag40重量％、Cu30重量％、Zn28重量％、Ni1.8重量％、其余部分為其他元素、軟溶溫度800℃)在蓋孔安裝外部端子。而且，通過(guò)插口，將外部端子與電導(dǎo)線連接。
(8)最后，將用于控制溫度的熱電偶插入盲孔中，并填充硅酸溶膠，在400℃下固化2小時(shí)，制成在其內(nèi)部設(shè)置有加熱電阻及通孔的陶瓷加熱器。
(比較例4)陶瓷加熱器的制造基本上與實(shí)施例4相同，代替使用碳化鎢的生片，而是絲網(wǎng)印刷由100重量份的平均粒徑為1μm的碳化鎢顆粒、3.0重量份的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、3.5重量份的α-萜品醇溶劑以及0.3重量份的分散劑混合配制而成的導(dǎo)體漿料。
(比較例5)陶瓷加熱器的制造將100重量份的碳化鎢粉末(平均粒徑為1.1μm)，11.5重量份的丙烯酸類(lèi)樹(shù)脂粘合劑、0.5重量份的分散劑以及53重量份的由1-丁醇和乙醇構(gòu)成的醇混合后得到漿料，通過(guò)刮片法把該漿料成型，制成厚度為50μm的片狀成型體。并且，將這一片狀成型體沖孔加工成如圖1所示的由彎曲線和同心圓構(gòu)成的圖案，制成加熱電阻。其中，沒(méi)有在這一加熱電阻的表面涂布1mol/l的硝酸釔水溶液。除此以外，與實(shí)施例4相同地操作，制得陶瓷加熱器。
以上，關(guān)于實(shí)施例1～6以及比較例1～5所制得的陶瓷加熱器，調(diào)查了加熱電阻在25℃、400℃的電阻值，以及陶瓷加熱器30秒內(nèi)從25℃升溫到400℃的情況下有無(wú)裂紋生成的情況。并將調(diào)查的結(jié)果列于下表1中。
表1


圖14是由碳化鎢構(gòu)成的加熱電阻的電子顯微鏡照片。并且，圖中的[+A]、[+B]是用能量分散型熒光X射線分析裝置(EPMA)進(jìn)行測(cè)定的點(diǎn)。A中Y沒(méi)有被檢測(cè)出，B中Y被檢測(cè)出來(lái)。推測(cè)三氧化二釔促進(jìn)了加熱電阻和陶瓷的結(jié)合。
圖15和圖16分別是表示將實(shí)施例4中的加熱器、比較例5中的加熱器各自穩(wěn)定設(shè)置在450度時(shí)加熱面溫度分布的紅外熱攝像儀照片。實(shí)施例4中的加熱器其加熱面溫度差小。
而且，圖10至圖13表示的是對(duì)實(shí)施例1、4及比較例1、5中的陶瓷加熱器供電后，所述加熱電阻及陶瓷基板加熱面的升溫狀態(tài)。另外，所謂圖中的加熱面即意味著陶瓷基板的加熱面。
加熱面的升溫狀態(tài)用紅外熱攝像儀(日本デ-タム公司制IR-162012-0012)來(lái)研究。加熱電阻的溫度測(cè)定是在陶瓷基板上平底鉆孔(座繰 )加工形成直徑為5mm開(kāi)口，在這里插入具有絕緣保護(hù)管的鎧裝熱電偶進(jìn)行測(cè)定。加熱電阻的厚度偏差的定義如下，用四條通過(guò)陶瓷基板中心的線段切割陶瓷加熱器，測(cè)定其截面所呈現(xiàn)的各電阻的厚度，求其厚度的平均值作為厚度值，截面所呈現(xiàn)的加熱電阻厚度的最大值和最小值的差除以平均厚度并用％表示，其值定義為厚度偏差。
對(duì)于發(fā)熱體的電阻值，用通路檢驗(yàn)器測(cè)定以實(shí)施例相同的制法制造的放熱體的10mm間的電阻值。
圖10、11是關(guān)于采用了實(shí)施例1和比較例1的加熱電阻的陶瓷加熱器的性能圖。從中可知，這些陶瓷加熱器中，加熱電阻和陶瓷基板加熱面之間的升溫時(shí)間差小。
可以認(rèn)為，在實(shí)施例1中，加熱電阻和陶瓷加熱面的溫度差幾乎為零，并且即使是急速升溫，加熱面的溫度控制性也很優(yōu)異。
與此相對(duì)，在比較例1中，在高溫范圍時(shí)加熱電阻和加熱面溫度之差變大，隨動(dòng)性差。這可能是在加熱電阻和陶瓷基板的基體之間的界面存在微小氣孔的緣故。
圖12、13是關(guān)于采用實(shí)施例4和比較例5中的加熱電阻所制得的陶瓷加熱器的性能圖。
可以認(rèn)為，在實(shí)施例4中，加熱電阻和陶瓷加熱面之間的溫度差幾乎為零，并且即使是急速升溫，加熱面的溫度控制性也很優(yōu)異。
另一方面，在比較例5中，高溫范圍下加熱電阻和加熱面溫度的差值變大了，隨動(dòng)性差。認(rèn)為這可能是由于在加熱電阻和陶瓷之間的界面存在微小的氣孔的緣故。
從實(shí)施例1到6，達(dá)到穩(wěn)定溫度(450℃)所需要的時(shí)間為小于等于200秒，但是在比較例1、5中卻超過(guò)200秒。
從實(shí)施例1和4的比較可以看出，碳放熱體在高溫下的行為比碳化物陶瓷的燒結(jié)體優(yōu)異。
而且，即使加熱電阻厚度的偏差小于等于10％，但還是實(shí)施例中的加熱面溫度的偏差小。這可以從實(shí)施例4和比較例5的對(duì)比中看到。實(shí)施例4、比較例5的厚度偏差都是6％，但是實(shí)施例4的加熱面溫度差小。其原因認(rèn)為大概是比較例5中在加熱電阻和陶瓷之間同時(shí)存在微小氣孔密度高的部分和微小氣孔密度低的部分。
象這樣，在使用由碳化鎢或碳化鉬構(gòu)成的加熱電阻所制成的陶瓷加熱器中，在高溫范圍電阻值上升，升溫花費(fèi)時(shí)間，但加熱電阻和陶瓷基板加熱面間的升溫時(shí)間差小。
比較例3中的陶瓷加熱器中，加熱電阻和陶瓷基板加熱面間升溫時(shí)間差大，所以到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間變長(zhǎng)。
而且，比較例2的陶瓷加熱器中，由于使用了鎢制的放熱線，因此陶瓷基板加熱面的溫度上升要花費(fèi)時(shí)間。
在比較例4中，采用絲網(wǎng)印刷法，形成由碳化鎢構(gòu)成的加熱電阻，由于其厚度偏差變大，因此加熱面的溫度差也變大了。
在實(shí)施例1到6中，急速升溫(30秒升溫400℃)不產(chǎn)生裂紋，但是比較例1到5卻產(chǎn)生了裂紋。認(rèn)為是因?yàn)榧訜犭娮璧纳郎匦问较嗤?，所以在比較例中陶瓷和加熱電阻的升溫形式產(chǎn)生很大偏差，加熱電阻的熱膨脹變得比陶瓷的大，在陶瓷上就產(chǎn)生了裂紋。
通過(guò)以上說(shuō)明以及實(shí)施例的結(jié)果，可以看出，本發(fā)明陶瓷加熱器由于在其內(nèi)部形成的加熱電阻是由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成的，并且所述加熱電阻中至少在表面存在含燒結(jié)助劑層，因此陶瓷基板加熱面的溫度跟隨加熱電阻的溫度升高而升高，兩者升溫時(shí)間的偏差少。而且，即使是在急速升溫的情況下，也不產(chǎn)生裂紋。并且，導(dǎo)電性陶瓷使用碳質(zhì)材料，高溫下加熱電阻的體積電阻率也不變大，能夠十分準(zhǔn)確地保證放熱量。另外，穩(wěn)定狀態(tài)下的加熱面的溫度均一性也好。
燒結(jié)助劑層具有厚度，在實(shí)施例1中，加熱電阻的厚度在燒結(jié)后為180μm、燒結(jié)助劑層為55μm；在實(shí)施例2中，加熱電阻的厚度在燒結(jié)后為540μm、燒結(jié)助劑層為162μm；在實(shí)施例3中，加熱電阻的厚度在燒結(jié)后為540μm、燒結(jié)助劑層為190μm；在實(shí)施例4中，加熱電阻的厚度在燒結(jié)后為20μm、燒結(jié)助劑層為1μm；在實(shí)施例5中，加熱電阻的厚度在燒結(jié)后為20μm、燒結(jié)助劑層為2μm；在實(shí)施例6中，加熱電阻的厚度在燒結(jié)后為20μm、燒結(jié)助劑層為3μm。一般認(rèn)為燒結(jié)助劑層的厚度是加熱電阻厚度的5％到35％，但本發(fā)明中，可以預(yù)測(cè)其為加熱體厚度的0.1～40％范圍內(nèi)可發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的效果。
工業(yè)上利用的可能性本發(fā)明陶瓷加熱器可以使用在抗蝕劑的干燥裝置、等離子體CVD裝置、等離子體蝕刻裝置、濺射裝置、晶片探測(cè)器等各種半導(dǎo)體制造-檢查裝置中。而且，也有可能使用在光學(xué)裝置中。使用于光學(xué)裝置的領(lǐng)域時(shí)，可在陶瓷基板的加熱面形成石英等的波導(dǎo)。
權(quán)利要求
1.陶瓷加熱器，其是在陶瓷基板的內(nèi)部具有加熱電阻的陶瓷加熱器，其特征為，所述加熱電阻是由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成的，并且加熱電阻中至少在表面存在含燒結(jié)助劑層。
2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷加熱器，其特征為，所述導(dǎo)電性陶瓷采用碳質(zhì)材料、導(dǎo)電性碳化物陶瓷或?qū)щ娦缘锾沾芍械娜魏我环N。
3.如權(quán)利要求1或2所述的陶瓷加熱器，其特征為，所述燒結(jié)助劑采用氧化釔或氧化鐿。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征為，在所述陶瓷基板的內(nèi)部設(shè)置了靜電電極并用作附帶加熱器的靜電吸盤(pán)。
5.如權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征為，在所述陶瓷基板的內(nèi)部，設(shè)置了高頻電極，并用于等離子發(fā)生裝置。
6.如權(quán)利要求1～5中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征為，所述加熱電阻是由導(dǎo)電性陶瓷的生片經(jīng)燒結(jié)而形成的。
7.如權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述的陶瓷加熱器，其特征為，所述加熱電阻的厚度偏差為平均厚度的±10％。
全文摘要
本發(fā)明涉及在陶瓷基板的內(nèi)部設(shè)置了加熱電阻的陶瓷加熱器，其特征為，所述加熱電阻由導(dǎo)電性陶瓷構(gòu)成，并且加熱電阻中至少在表面存在含燒結(jié)助劑層。該加熱器即使在伴有急速升溫時(shí)也不產(chǎn)生裂紋，具有加熱均勻、升溫速度快的效果，并且可被用于包含靜電吸盤(pán)及等離子發(fā)生裝置的半導(dǎo)體制造－檢查裝置、光學(xué)裝置等工業(yè)范圍。
文檔編號(hào)H01L21/683GK1596557SQ0282381
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2002年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月30日
發(fā)明者伊藤康隆 申請(qǐng)人:揖斐電株式會(huì)社