CN108353469B - 加热器 - Google Patents
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Abstract
加热器具备：第1陶瓷基板，在一个主面具有加热面；第2陶瓷基板，被设置为通过一个主面来覆盖该第1陶瓷基板的另一个主面；发热电阻体，被设置于所述第2陶瓷基板的所述一个主面；和粘接层，覆盖所述发热电阻体并将所述第1陶瓷基板与所述第2陶瓷基板粘接。
Description
技术领域
本发明涉及加热器。
背景技术
作为加热器，例如，已知JP特开2004-146567号公报(以下，也称为专利文献1)中所述的半导体制造装置用陶瓷加热器。专利文献1中所述的半导体制造装置用陶瓷加热器具有：陶瓷基板(第1陶瓷基板)，在上表面具有晶片载置面(加热面)，在下表面具备电阻发热体(发热电阻体)；和另一陶瓷基板(第2陶瓷基板)，隔着粘接层而被设置于第1陶瓷基板的下表面。
近年来，加热器不仅保持加热面的均热性，而且需要进一步的迅速升温以及迅速降温。
为了使加热器迅速升温以及迅速降温，需要减小加热器整体的热容量。为了减小加热器整体的热容量，例如考虑减小第1陶瓷基板的厚度。但是，在专利文献1所述的加热器中，若减小第1陶瓷基板的厚度，则加热面的均热性可能恶化。具体而言，在加热面之中设置有发热电阻体的区域的正上方和未设置发热电阻体的区域的正上方，可能产生温度差。认为这是由于使第1陶瓷基板的厚度过小，导致发热电阻体中产生的热量在第1陶瓷基板中，在面方向上未充分扩散。
发明内容
加热器具备：第1陶瓷基板，在一个主面具有加热面；第2陶瓷基板，被设置为通过一个主面来覆盖该第1陶瓷基板的另一个主面；发热电阻体，被设置于所述第2陶瓷基板的所述一个主面；和粘接层，覆盖所述发热电阻体并将所述第1陶瓷基板与所述第2陶瓷基板粘接。
附图说明
图1是表示加热器的剖视图。
图2是表示图1所示的加热器中的发热电阻体的布线图案的示意图。
图3是表示加热器的其他例的剖视图。
图4是表示其他例的加热器中的发热电阻体的布线图案的示意图。
图5是表示其他例的加热器中的发热电阻体的剖面的放大剖视图。
图6是表示其他例的加热器中的发热电阻体的剖面的放大剖视图。
图7是表示其他例的加热器中的发热电阻体的剖面的放大剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对加热器100进行说明。
图1是表示加热器100的剖视图。如图1所示，加热器100具备：在一个主面具有加热面10的第1陶瓷基板1；被设置为通过一个主面来覆盖第1陶瓷基板1的另一个主面的第2陶瓷基板2；被设置于第2陶瓷基板2的一个主面的发热电阻体3；和覆盖发热电阻体3并将第1陶瓷基板1和第2陶瓷基板2粘接的粘接层5。
在加热器100中，第1陶瓷基板1的“一个主面”是第1陶瓷基板1的上表面，第1陶瓷基板1的“另一个主面”是第1陶瓷基板1的下表面。此外，第2陶瓷基板2的“一个主面”是第2陶瓷基板2的上表面，第2陶瓷基板2的“另一个主面”是第2陶瓷基板2的下表面。因此，以下，为了说明的方便，取代“一个主面”以及“另一个主面”而使用上表面以及下表面的词语来进行说明。另外，“一个主面”并不限定于上表面，根据加热器100的朝向而是下表面或者侧面等上表面以外的面也没有问题。此外，“另一个主面”也不限定于下表面，同样地根据加热器100的朝向而是上表面或者侧面等下表面以外的面也没有问题。
第1陶瓷基板1是在上表面具有加热面10的板状的部件。第1陶瓷基板1是与被加热物接触的部件。此外，第1陶瓷基板1是用于减少从发热电阻体3传播的热量的波动并传播至加热面10的部件。第1陶瓷基板1在上表面的加热面10，例如对硅晶片或者硅晶片芯片等被加热物进行加热。加热器100的俯视时的形状例如是矩形形状的部件。在该情况下，第1陶瓷基板1以及第2陶瓷基板2也是矩形形状。第1陶瓷基板1例如包含氧化铝、氮化铝、氮化硅或者氧化钇等陶瓷材料。第1陶瓷基板1的尺寸例如在矩形形状的情况下，能够将纵向的长度设定为10～120mm，横向的长度设定为10～120mm，厚度设定为1～10mm。此外，在圆形的情况下，能够将直径设定为50mm～450mm，厚度设定为1～10mm。
如图1所示，加热器100也可以在第1陶瓷基板1的内部还具备温度传感器4。温度传感器4例如包含导体图案。通过测量该导体图案的电阻值的变化，能够测量温度。在温度传感器4包含导体图案的情况下，例如以反复折弯的形状在面方向的几乎整体回绕。另外，导体图案例如包含钨、钼或者铂等金属材料。此外，作为其他的温度传感器4，例如能够使用将热电偶埋入到陶瓷基板1的内部的部件。通过将温度传感器4埋设于第1陶瓷基板1，例如与将温度传感器4埋设于第2陶瓷基板2的情况相比，能够在接近于加热面10的部分测量温度。因此，能够使温度传感器4中的测量结果接近于加热面10的实际的温度。
第2陶瓷基板2是在上表面设置有发热电阻体3的部件。第2陶瓷基板2被设置为通过上表面来覆盖第1陶瓷基板1的下表面。第1陶瓷基板1和第2陶瓷基板2隔着粘接层5而被粘接。粘接层5接触于第1陶瓷基板1的下表面和第2陶瓷基板2的上表面。第2陶瓷基板2例如包含氧化铝、氮化铝、氮化硅或者氧化钇等陶瓷材料。特别地，第2陶瓷基板2也可以包含与第1陶瓷基板1相同的材料。由此，由于能够使第1陶瓷基板1与第2陶瓷基板2的热膨胀率接近，因此能够减少第1陶瓷基板1与第2陶瓷基板2之间产生的热应力。第2陶瓷基板2例如是矩形形状的部件。第2陶瓷基板2的尺寸例如在矩形形状的情况下，能够将纵向的长度设定为10～120mm，将横向的长度设定为10～120mm，将厚度设定为1～10mm。此外，在圆形的情况下，能够将直径设定为50mm～450mm，将厚度设定为1～10mm。第1陶瓷基板1以及第2陶瓷基板2例如形成为侧面齐平。
此外，第2陶瓷基板2也可以在下表面具有凹凸。通过第2陶瓷基板2在下表面具有凹凸，能够提高下表面的散热能力。由此，能够迅速进行加热器100的降温。作为凹凸，例如能够使用被并列设置的多个槽。槽例如形成为沿着第2陶瓷基板2的横向或者纵向延伸，并且形成于第2陶瓷基板2的下表面的整面。
发热电阻体3是用于对载置于第1陶瓷基板1的上表面的加热面10的样品进行加热的部件。发热电阻体3被设置于第2陶瓷基板2的上表面。通过向发热电阻体3施加电压，能够使发热电阻体3发热。由发热电阻体3发出的热量在粘接层5以及第1陶瓷基板1的内部传播，到达第1陶瓷基板1的上表面的加热面10。由此，能够对设置于加热面10的样品进行加热。如图2所示，发热电阻体3是具有多个折弯部的线状的图案，形成于第2陶瓷基板2的上表面的几乎整面。由此，能够抑制热量分布在加热面10产生偏差。另外，图2以及后述的图4不是表示剖面的图，但以有助于理解为目的，对发热电阻体3赋予阴影。
发热电阻体3包含导体成分以及玻璃成分。作为导体成分，例如包含银钯、铂、铝或者金等金属材料。为了抑制玻璃成分发泡，作为金属材料，也可以选择在大气中可烧结的金属。此外，作为玻璃成分，包含硅、铝、铋、钙、硼以及锌等材料的氧化物。
对于加热器100的温度控制，能够使用以下的方法。具体而言，通过在第1陶瓷基板1的内部设置上述的温度传感器4，能够测量温度。基于如以上那样测量的第1陶瓷基板1的温度，调整向发热电阻体3施加的电压。由此，能够控制发热电阻体3的发热以使得加热面10的温度恒定。
粘接层5是用于将第1陶瓷基板1和第2陶瓷基板2粘接的部件。粘接层5被设置于第1陶瓷基板1的下表面与第2陶瓷基板2的上表面之间。粘接层5将第1陶瓷基板1和第2陶瓷基板2连同发热电阻体3一起粘接。粘接层5例如包含硅酮树脂或者环氧树脂等树脂材料等。粘接层5的厚度例如能够设定为0.01～0.3mm。此外，粘接层5也可以含有氧化铝或者氮化铝等填料。
在加热器100中，如图1所示，通过在第2陶瓷基板2的上表面设置发热电阻体3，从而能够使发热电阻体3中产生的热量不仅在第1陶瓷基板1中扩散而且在粘接层5中也扩散。由此，能够提高加热面10的均热性。
此外，如图3～5所示，也可以第2陶瓷基板2的上表面具有槽部21，并且发热电阻体3在槽部21的底面沿着槽部21的形状而被设置。通过发热电阻体3被设置于槽部21，从而在通过粘接层5将第1陶瓷基板1与第2陶瓷基板2粘接时，能够减少设置有发热电阻体3的部分的正上方与未设置有发热电阻体3的部分的正上方处的粘接层5的厚度的偏差。由此，能够提高加热面10的均热性。槽部21的尺寸例如能够将深度设定为发热电阻体3的厚度的1～2倍，将开口的宽度设定为底面的宽度的1～1.2倍。
更详细地，如图4所示，槽部21形成为具有多个折弯部。另外，图4不是表示剖面的图，但以有助于理解为目的，除了发热电阻体3还对对应于槽部21的区域也赋予阴影。槽部21与设置有发热电阻体3的部分对应设置。换言之，发热电阻体3被设置于槽部21的底面，并且在俯视透视时发热电阻体3与槽部21具有相同的形状。
这里所谓的“相同的形状”，是指发热电阻体3的图案的长度方向(轴向)与槽部21的长度方向(轴向)一致即可，宽度方向的大小(宽度)也可以不同。具体而言，例如，如图4所示，槽部21也可以形成为宽度比发热电阻体3宽。
更具体而言，例如，如表示与槽部21的轴向垂直的剖面的图5所示，也可以槽部21的开口形成为宽度比槽部21的底面宽，并且在槽部21的底面的整面形成发热电阻体3。此外，也可以仅在槽部21之中宽度方向的中央侧形成发热电阻体3，在槽部21的角部(宽度方向上的端侧)不形成发热电阻体3。
进一步地，如图5所示，也可以发热电阻体3的厚度比槽部21的深度小。通过使发热电阻体3的厚度比槽部21的深度小，能够使发热电阻体3的表面位于比槽部21的开口更靠槽部21的内侧的位置。这样，通过使发热电阻体3的表面位于比第2陶瓷基板2的上表面更靠下方的位置，从而在从发热电阻体3发出的热量传播到第2陶瓷基板2的上表面的期间，能够在第2陶瓷基板2中将热量在面方向上扩散。其结果，能够提高第2陶瓷基板2的上表面的均热性，因此能够进一步提高热量从该处传播的加热面10的均热性。
此外，如图6所示，也可以在发热电阻体3的表面与粘接层5之间设置缝隙。由此，从发热电阻体3发出的热量进一步容易传播到第2陶瓷基板2，因此能够进一步提高第2陶瓷基板2的上表面的均热性。其结果，能够进一步提高加热面10的均热性。
此外，如图7所示，也可以在槽部21的底面设置发热电阻体3，并且发热电阻体3的一部分位于槽部21的外部。由此，能够增大发热电阻体3的厚度，因此能够减少断线等的可能性。此外，通过在槽部21的底面设置发热电阻体3，能够使从发热电阻体3发出的热量容易在第2陶瓷基板2中在面方向扩散。其结果，能够提高发热电阻体3的长期可靠性，并且提高第2陶瓷基板2的上表面的均热性，因此能够进一步提高热量从该处传播的加热面10的均热性。
进一步地，如图5所示，也可以发热电阻体3被设置于槽部21的内部，并且发热电阻体3的厚度在槽部21的宽度方向上随着朝向中心侧而厚度变小。通过使发热电阻体3的厚度随着朝向中心侧而变小，能够提高热循环下的加热器100的长期可靠性。具体而言，在热循环下发热电阻体3热膨胀时，通过减小中心侧的厚度，从而发热电阻体3能够在中心侧容易热膨胀。一般地，处于热循环下的热应力容易向第2陶瓷基板2的槽部21的角部(包括底面和壁面的部分)集中的趋势。与此相对地，通过减小中心侧的厚度，使发热电阻体3向中心侧热膨胀，能够减少在槽部21的角部产生的热应力。由此，能够减少在第2陶瓷基板2产生裂缝的可能性。发热电阻体3的中心侧的厚度与宽度方向上的端侧的厚度相比，例如能够设定为50～95％的厚度。
此外，如图5所示，也可以槽部21随着从底面向开口而宽度变大。由此，在形成于槽部21的底面的发热电阻体3热膨胀时，发热电阻体3容易向开口侧热膨胀。因此，能够减少在第2陶瓷基板2与发热电阻体3之间产生的热应力。槽部21的开口处的宽度例如能够设定为槽部21的底面处的宽度的1.01～1.5倍。
作为在第2陶瓷基板2的上表面设置槽部21并且在槽部21的内部形成具有与槽部21相同的形状的发热电阻体3的方法，举例以下的方法。
首先，在第2陶瓷基板2的表面的整体贴付树脂性的掩模。在喷砂装置内固定陶瓷基板2，作为介质，从喷嘴向第2陶瓷基板2的表面喷射碳化硅等粉末。树脂性的掩模被设计为仅针对覆盖希望形成槽部21的位置的部分，通过介质的碰撞而破损。由此，通过向第2陶瓷基板2的表面持续喷射规定的时间的介质，能够在第2陶瓷基板2的表面设置规定的深度的槽部21。
-符号说明-
1：第1陶瓷基板
10：加热面
2：第2陶瓷基板
21：槽部
3：发热电阻体
4：温度传感器
5：粘接层
100：加热器。
Claims (3)
1.一种加热器，具备：
第1陶瓷基板，在一个主面具有加热面；
第2陶瓷基板，被设置为通过一个主面来覆盖该第1陶瓷基板的另一个主面；
发热电阻体，被设置于所述第2陶瓷基板的所述一个主面；和
粘接层，覆盖所述发热电阻体并将所述第1陶瓷基板与所述第2陶瓷基板粘接，
所述第2陶瓷基板的所述一个主面具有槽部，并且所述发热电阻体在所述槽部的底面沿着所述槽部的形状而被设置，
所述发热电阻体的厚度比所述槽部的深度小，
所述发热电阻体的厚度在所述槽部的宽度方向上随着朝向中心侧而厚度变小。
2.根据权利要求1所述的加热器，其中，
在所述发热电阻体与所述粘接层之间存在缝隙。
3.根据权利要求1或2所述的加热器，其中，
在所述第1陶瓷基板的内部还具备温度传感器。
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