CN1320353A - 陶瓷加热器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供这样的陶瓷加热器,它具有高导热性,能使加热器板的表面温度迅速跟上加热元件的温度变化,从而高效率地控制对晶片加热的表面的温度,而且能够成功地阻止杂质从陶瓷加热器热扩散进入晶片。本发明提供这样的陶瓷加热器,它包括氮化物陶瓷基材和位于该基材表面上或其内部的加热元件;其中所述的氮化物陶瓷板含有氮化物陶瓷的组成元素以外的元素,其对工作加热的表面具有JIS B 0601表面粗糙度Rmax=0.2－200微米。

Description

陶瓷加热器
技术领域
本发明涉及应用于半导体工业不会污染半导体晶片的陶瓷加热器。
技术背景
半导体设备经由包括在半导体晶片上涂布作为抗蚀剂的光敏树脂并蚀刻未涂布区的方法制成。
当光敏树脂利用旋转涂布器等装置以液体形式施加到半导体晶片的表面时，它必须在涂布后干燥，使溶剂等散发，因此这样涂布的半导体晶片要置于加热器上加热。
迄今用于该目的的常规金属加热器包括置于一块铝板背面的加热元件。然而，这样的金属加热器具有以下缺点。
首先，因为它含有金属材料，所以加热器板必须厚达大约15毫米。这是因为薄金属板会在加热时发生热膨胀，形成卷曲和应力，损坏置于板上的半导体晶片或使其倾覆。然而，增大加热器板的厚度又会增大加热器的重量和体积。
此外，虽然加热器温度是通过改变施加到加热元件上的电压和电流而控制的，但是加热板很厚的厚度会引起这样的问题，加热器板的温度不能及时跟上电压和电流值的变化，这样就使温度的控制很难进行。
因此，例如日本公开的专利申请平-9-306642与平-4-324276提出了这样一些陶瓷加热器，其中每个都包括含有AIN的基板和在内部形成的加热元件，AIN是导热性高和强度高的非氧化物陶瓷材料。
关于这些陶瓷加热器，含有Y、Na、B、Li、Rb和/或Ca的陶瓷具有优良的导热性，因此可优选用于加热器的用途。其中，JP2798570揭示了一种导热性高的含Ca和Na的烧结氮化铝材料。
同时，在普通陶瓷加热器中，如日本公开专利申请平-7-280462所述，加热元件形成于其上的表面经过粗糙处理，而半导体晶片要放置其上并在其上加热的表面则经平整处理。
然而，在基于含有Y、Na、Ca等的陶瓷的陶瓷加热器中，如果半导体晶片要放置其上的表面是平而光滑的话，那么基片与陶瓷加热器之间的接触面积就增大，结果，晶片会由于热扩散而污染。
再者，即使半导体晶片不与陶瓷加热器的加热表面直接接触，而是利用支撑销等与该表面保持隔开而加热时，实际上也会遇到蒸发的Y、Na、Ca等沉积到半导体晶片上的麻烦问题。
再一个缺点是当半导体晶片用支撑销等与陶瓷加热器的加热表面保持隔开而加热时，在陶瓷加热器中会反映出加热表面的温度分布。
发明的概述
本发明研究了上述现有技术中问题，发现，通过对晶片元件例如半导体晶片放置或支撑在其上面以进行加热的陶瓷加热器的表面(下面有时称为晶片加热表面)进行粗糙化处理，加热表面与置于其上的半导体晶片之间的接触就能够成为点接触，结果，即使当陶瓷板含有杂质例如Y和Na时，也能够阻止杂质从陶瓷加热器热扩散到半导体晶片。本发明人进一步发现，通过对所述晶片加热表面进行粗糙化处理，还能够阻止Y、Na等从晶片加热表面蒸发。
发现，当加热期间半导体晶片与加热表面保持隔开时不能获得均匀温度的原因在于，由于所述表面不规整而在基材例如半导体晶片与加热表面之间的间隙内形成气流湍流会引起局部的热积累，还发现提高加热表面的平整度，就能够避免形成所述的气流湍流，使半导体晶片的温度分布更为均匀。这样，本发明人完成了本发明。
因此，本发明第一方面的陶瓷加热器包括一块陶瓷基质和置于所述基质表面或内部的加热元件，其中加热器的加热表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.05-200微米。
本发明第二方面的陶瓷加热器包括一块陶瓷基质和置于所述基质表面或内部的加热元件，其中所述的陶瓷基质还含有其主要组成元素以外的元素，而且加热器的加热元件表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米。
在本发明第一和第二方面的陶瓷加热器中，陶瓷基质优选为选自氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和氧化物陶瓷中的至少一种。
本发明第三方面的陶瓷加热器包括氮化物陶瓷基质和置于所述氮化物陶瓷基质表面或内部的加热元件，其中所述的氮化物陶瓷基质还含有其主要组成元素以外的元素，而且加热器的对元件加热表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米。
本发明第四方面的陶瓷加热器包括氮化物陶瓷基质和置于所述基质表面或内部的加热元件，其中所述的氮化物陶瓷基质含有至少另一种选自Na、B、Y、Li、Rb和Ca的元素，而且其对工件加热的加热表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米。
在本发明第三和第四方面的陶瓷加热器中，氮化物陶瓷基质优选是直径大于150毫米的盘形。
另外，所述陶瓷基质优选含有不低于0.1％(重量)的至少一种选自Y、Li、Rb和Ca的元素，和不低于0.05ppm的至少一种选自Na和B的元素。
附图的简要说明
图1是作为本发明一个实施方式的陶瓷加热器的平面示意图；
图2是图1所示陶瓷加热器的一部分的剖面示意图；
图3是显示本发明的静电卡盘的剖面示意图，该卡盘包括装有静电极的陶瓷加热器；
图4是沿图3中A-A线断开的该静电卡盘的剖面图；
图5(a)-(d)是说明所述静电卡盘的制造流程的剖面示意图；
图6是装有支撑销的陶瓷加热器的一部分的剖面示意图，其部分是放大的。
编号的简要说明
10陶瓷加热器
11加热器板
11a底面
11b加热表面
12加热元件
12a金属覆盖层
13外部接头
14盲孔
15通孔
16支撑销
19半导体晶片
20、20a、20b卡盘正极静电层
30、30a、30b卡盘负极静电层
40陶瓷电介质膜
50耐热元件
90硅片
100陶瓷基质
101静电卡盘
发明的详细说明
本发明第一方面的陶瓷加热器包括一块陶瓷基质和置于所述基质表面或内部的加热元件，其中加热器的对工件加热的表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.05-200微米。
本发明第二方面的陶瓷加热器包括一块陶瓷基质和置于所述基质表面或内部的加热元件，其中所述的陶瓷基质还含有其主要组成元素以外的至少一种其他元素，而且其加热元件表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米。
本发明第三和第四方面的特征在于所规定的原材料、加热表面粗糙度和陶瓷基质内的元素。因此，下面主要描述本发明的第一、第二方面，本发明的其他方面将在需要时另外阐述。
本发明的陶瓷加热器虽然也能够用于加热其他类型的工件，但是它主要用于加热半导体晶片等。
因为本发明第一方面的陶瓷加热器的JIS B0601表面粗糙度是Rmax=0.05-200微米，所以工件与加热器的加热表面保持隔开时就能够均匀受热。
在加热与加热表面保持隔开的工件的情形下，如果加热表面的Rmax值超过200微米，那么就会在工件与加热表面之间形成气流湍流，使热量局部聚集，在工件内形成温度分布。另一方面，如果Rmax值低于0.05微米，那么加热表面的温度分布就会由辐射热量直接反映到工件上，使得工件内形成温度分布。因此Rmax=0.05-200微米的范围是适于加热其中元件与加热表面保持隔开的模式并在气态传热介质中进行加热的表面粗糙度的特征范围。
气态传热介质优选至少一种选自空气、惰性气体和反应性气体的气体。优选的惰性气体是二氧化碳、氮气和氩气。作为所述的反应性气体，可以提到的是卤素气体和CF4。
优选的加热表面粗糙度Rmax值是0.2-100微米。在该范围内，就能够成功地控制来自于陶瓷基质的杂质蒸发。
为了使工件保持与加热表面隔开，将支撑销18等牢固地装在陶瓷基质11的通孔或凹处内，如图6所示。
工件与加热表面之间的距离优选为1-5000微米。如果该距离短于1微米，那么加热表面的温度分布就会反映到工件上，另外，由于加热表面有起伏，也会使工件与加热表面互相接触。另一方面，如果该距离超过5000微米，那么加热表面与工件之间的温度差就变得过大。
在本发明第二方面的陶瓷加热器中，陶瓷基质含有其主要组成元素以外的元素。然而，由于加热表面的粗糙度设定为Rmax=0.2-200微米，所以工件就受到保护，免除了由于杂质从陶瓷基质热扩散或蒸发而造成的污染，尤其在工件直接放置在加热表面上的加热模式时，甚至在工件与加热表面保持给定距离而进行加热的加热模式时也是如此。
如果加热表面的Rmax值小于0.2微米，那么加热表面与工件之间的接触面积就会很大，以致发生所述杂质扩散入工件的污染。另一方面，如果Rmax值超过200微米，那么工件与加热表面之间的平均距离就会变得过大，不能充分对工件加热。
另外，即使在加热与加热表面保持隔开的工件的模式，当Rmax值不小于0.2微米时，气态传热介质与加热表面之间的接触面积也足够大，使杂质从陶瓷基质表面蒸发的所需热量会被所述传热介质有效地除去，结果，工件污染减至最少。
对元件加热的表面的JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米，是在能够成功地对工件而不加热对其污染的特征范围。
能够用于本发明的陶瓷包括氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和氧化物陶瓷。
优选的氮化物陶瓷是至少一种选自氮化铝、氮化硅、氮化硼和氮化钛的氮化物。
其中，氮化铝是最优选的，因为其180W/m·K的导热率是最高的。
优选的碳化物陶瓷是至少一种选自碳化硅、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钨和碳化锆的碳化物。
氧化物陶瓷优选是至少一种选自氧化铝、氧化硅、氧化锆、多铝红柱石、堇青石和氧化铍的氧化物。
当陶瓷基质具有导电性时，可以在其邻近加热表面上提供一个绝缘层。该绝缘层优选由二氧化硅、氧化铝等制成，而且该层的优选厚度为0.1-2000微米。
当加热元件是导线时，用绝缘层覆盖导线表面。
尤其优选的陶瓷是氮化物陶瓷和碳化物陶瓷，因为这些陶瓷的导热性高，因此热量的可控制性优良。如果加热元件的热量输出不均匀，那么当基质材料的导热性高时，该非均匀分布的热量就会直接反映到加热表面上。因此，就能够利用本发明的表面粗糙度控制的办法来解决这个问题。
在采用氮化物陶瓷作为陶瓷基质的情形下，所述氮化物陶瓷板含有氮化物陶瓷的组成元素以外的元素，特别是至少一种选自Y、Na、B、Li、Rb和Ca等的元素，这就会具有优良导热性，结果，加热器板的表面温度就可以及时跟上加热元件温度的变化，由此就能够有效控制加热晶片的表面温度。
另外，由于对晶片加热的表面已经如上所述经过粗糙化处理，其与在其上放置的半导体晶片之间的接触就能够成为点接触，使得能够抑制杂质(Y和其他杂质)从陶瓷加热器热扩散到半导体晶片上。
此外，即使当半导体晶片被支撑销支撑而脱离接触，如图2所示，氮化物陶瓷的组成元素以外的杂质元素例如Y、Na、B、Li、Rb、Ca、Al等(下面称为Y和其他杂质)也会扩散出来，并在高温下蒸发，污染半导体晶片，除非对晶片加热的表面进行粗糙化处理。例如，尤其当陶瓷加热器用于喷溅线时，此时加热操作在真空下实施，Y和其他杂质就更容易蒸发。
然而，在本发明中，其中对晶片加热的表面已经过粗糙化处理，Y和其他杂质不会从表面上蒸发，能够避免污染半导体晶片。
目前尚不清楚为什么形成粗糙表面可以有效阻止陶瓷组成元素以外的元素例如Y等蒸发出来，但是有人提出，因为粗糙的对晶片加热的表面具有类似散热器片的功能，所以该表面上就能除去引起Y和其他杂质蒸发的热量。
在由支撑销支撑的条件下加热半导体晶片时，半导体晶片与陶瓷基质之间的优选距离为1-5000微米，更优选5-500微米。如果它们隔开过宽，就会影响加热效果，而过份近的间隙会形成或多或少的陶瓷板表面温度分布的完全反映，使得不能均匀加热半导体晶片。
本发明的陶瓷加热器包括形成于氮化物陶瓷板表面上或其内部的加热元件。
图1是体现本发明的陶瓷加热器的平面示意图；图2是以放大比例显示同一陶瓷加热器的一部分的剖面示意图。
陶瓷基质11(下面也称为加热器板)成形为盘状，加热元件12在加热器板11的底面上形成为同心圆图案，使氮化物陶瓷板(下面有时称为加热器板)对晶片加热的表面11b可以在其整体面积上加热到一个均匀的温度。加热元件不一定是呈图案形的元件，可以例如是珀耳帖元件。
上述加热元件12实际上包括许多同心的双圆图案，每个双圆都形成一个单独导体，而且每个图案在其两端都与外部接头13连接，其中一个接头起输入接头的作用，另一个接头起输出接头的作用，每个接头都有金属覆盖层12a。另外，加热元件12在加热板中心附近具有通孔15，用以安装所述用来支撑半导体晶片的支撑销16，还有盲孔14，用以安装测温传感器。如图1和2所示的陶瓷加热器10是在加热器板11的底面上装有所述加热元件12。然而，加热元件也可以形成于加热器板11的内部。
下面详细说明本发明陶瓷加热器的组成。在下面的描述中，将氮化物陶瓷作为一个例子，但是该描述也适用于碳化物陶瓷或氧化物陶瓷。
在本发明的陶瓷加热器10中，加热器板11是用氮化物陶瓷作为加热器板的材料。这是因为该特定材料的热膨胀系数比金属低，因此即使当其厚度减小，加热时也不会卷边或翘曲，即使在减小加热器板11的厚度情况下也是如此，又减轻其重量。
此外，由于加热器板11导热性高，而且厚度小，所以加热器板11的表面温度就容易跟上加热元件的温度变化。
换言之，通过改变电压和电流就能够调节加热元件的温度，由此就控制加热器板11的表面温度。加热器板11含有至少一种选自Y、Na、B、Li、Rb和Ca的元素。
其中Y、Li、Rb和Ca通常以氧化物形式作为烧结助剂加入。为了使加热器板11的导热性可以高至130-200W/m·K,Y、Li、Rb和/或Ca优选为0.1-5％(重量)。
如果Y和其他杂质的含量低于0.1％(重量)，那么烧结就达不到足够的致密度，就很难保证高的导热性。
Na和B会在晶粒边界偏析，这有助于提高导热性。
Na和B的优选量为0.05-50ppm。如果该量低于0.05ppm那么导热性就不会提高。
这些元素在原材料粉末中本来就存在，但是如果需要，Na的化合物和Ca的化合物，例如NaCO3和CaCO3也可以加入到粉末中，使它们的含量提高到上述范围内。
作为碳化物陶瓷的烧结助剂，可以提到的是B4C、AlN等，杂质可以是例如Al和B。陶瓷基质中Al和/或B的量是0.05ppm-0.5％(重量)。
所述加热器板11的加热表面已经粗糙化处理至JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.05-200微米，所以能在采用工件与加热表面保持隔开的加热模式中能阻止传热介质中发生湍流。
在加热期间工件与加热表面保持隔开的模式中，如果加热表面的粗糙度大于Rmax=200微米，那么在工件与加热表面之间就会形成气体湍流，随后的局部热聚集会在工件内引起温度分布。另一方面，如果表面粗糙度小于Rmax=0.05微米，那么加热表面的温度分布就会由辐射热量直接反映到工件上，由此在工件内形成温度分布。优选的表面粗糙度是Rmax=0.2-100。
在本发明中，所述加热器板11的加热表面被粗糙化处理至JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米，以阻止杂质扩散进入半导体晶片内。
如果表面粗糙度小于Rmax=0.2微米，接触形式就是平面接触，就难以阻止杂质扩散进入半导体晶片。另一方面，如果表面粗糙度超过Rmax=200微米，那么晶片就不能充分加热，不必说粗糙化处理的困难了，大概因为晶片与固定晶片的表面之间的间隙增大，辐射热量或通过空气传播的热量以及到达晶片的热量就减少了。
另外，在采用晶片由所述支撑销支撑而进行不接触的加热的加热器使用模式时，粗糙度小于Rmax=0.2微米的加热表面也不能有效地抑制Y与其他杂质的蒸发。另一方面，如果表面粗糙度大于Rmax=200微米，那么加热表面的有效面积就会提高至使蒸发量更大。因此，上述Rmax范围在抑制Y与其他杂质蒸发方面是有效的。
优选的表面粗糙度是Rmax=1-20微米，因为在该范围内，与晶片的接触不容易放出灰尘颗粒。
对表面进行粗糙化处理的方法没有特别限制，可以例如是喷砂方法，此时采用氧化铝、SiC、玻璃、氧化锆或其他的固体颗粒对着加热板的加热表面喷射。
上述陶瓷加热器的加热器板11的优选厚度是0.5-5毫米。如果该厚度小于0.5毫米，那么由于强度减小，板很易损坏。另一方面，如果该厚度大于5毫米，导热就会差，使热效率降低。
在本发明的陶瓷加热器中，所述氮化物陶瓷板的几何形状没有特别限制。它可以例如是椭圆形(平面视图)，优选为圆盘状板例如图1所示。当氮化物陶瓷板是盘状时，其直径优选大于150毫米，更优选不小于200毫米，再优选不小于300毫米。这是因为目前使用的普通半导体晶片的直径不小于8英寸(约200毫米)，而预计大多数下一代的半导体晶片会更大，即直径为12英寸(300毫米)或更大。
形成于所述氮化物陶瓷板表面上或内部的加热元件12优选分成至少两个电路。将电路分开，就能够分别控制输入这两个电路的功率而调节产生的热量，结果，由此就能够控制对晶片加热的表面的温度。
加热元件12的图案可以例如是一套同心圆或旋涡形、一套偏心圆或螺旋形，但优选为图1所示的同心圆图案，因为它可保证在整个加热器板上方的温度分布均匀。
当加热元件12形成于加热器板11的表面上时，优选采用这样的方法，它是用含有金属粉的导电膏以预定的电路图案涂布在加热器板11的表面上，然后烘烤形成的导电膏层，使金属粉在加热器板11的表面上烧结。该烧结进行到金属粒子彼此熔合并与陶瓷板融合的程度就足够了。
当加热元件形成于加热器板11的表面上时，加热元件的厚度优选1-30微米，更优选1-10微米。而当加热元件形成于加热器板11的内部时，其厚度优选1-50微米。
此外，当加热元件形成于加热元件11的表面上时，加热元件的导体宽度优选0.1-20毫米，更优选0.1-5毫米。当加热元件形成于加热器板11的内部时，加热元件的导体宽度是5-20微米。
通过改变导体厚度和宽度就能够方便地调节加热元件12的电阻，但是上述范围对于操作是很有用的。加热元件的宽度越薄越细，其电阻值就越大。当加热元件12形成于加热器板11的内部时，其厚度和宽度应当大些。当加热元件12形成于内部时，加热表面与加热元件12之间的距离就较短，结果，加热表面的温度均匀性就会差，由此就必需增大加热元件的宽度。此外，当加热元件12要排布在内部时，就无需考虑其与氮化物陶瓷的粘合性，就能够使用高熔点金属例如钨或钼或其碳化物来提高电阻，而且因此，就能够增大其厚度，目的是阻止例如断路问题的发生。从这些方面考虑，加热元件12的导体厚度和宽度优选控制在上述范围内。
加热元件12的截面可以是长方形或椭圆，但是优选具有平整的表面。在向对晶片加热的表面辐射热量方面，平整表面的效率较高，而且形成温度梯度的可能性较小。
加热元件的截面宽高比(加热元件的宽度/加热元件的厚度)优选为10-5000。
因为控制所述宽高比在上述范围内，就能够提高加热元件12的电阻值，而且能够保证加热表面的温度均匀性。
假设加热元件12的厚度恒定，采用比上述范围小的宽高比，会使沿对晶片加热的方向来自于加热器板11的热量的散布相对减少，结果可在加热表面上再形模拟加热元件12图案的热量分布。相反，如果宽高比过大，在紧靠加热元件12的中心的上方区域内，就普遍是相对高温了，结果同样会在加热表面上形成或多或少地模拟加热元件12图案的热量分布。因此，考虑到温度分布，横截面的宽高比优选限制在10-5000范围内。
当加热元件12形成于加热器板11的表面上时，宽高比优选10-200，而当加热元件12形成于加热器板11的内部时，优选的宽高比是200-5000。
当加热元件12形成于加热器板11的内部时优选较大宽高比的原因是，当加热元件12排布在内部时，加热表面与加热元件12之间的距离相对减小，使表面温度分布的均匀性降低，因此对于加热元件12本身就需要更平整的几何形状。
当加热元件12在加热器板11内与加热器板的加热表面和底面距离不等时，优选形成于接近与加热器板11的加热表面相反的表面(底面)的位置，而且在自加热表面到所述底面之间距离的50％-99％的范围内。
如果加热元件的位置与加热表面的距离小于50％，加热元件12就距离加热表面太近，使加热表面上会形成温度梯度。相反，如果大于99％，加热器板11自身会卷起，损坏半导体晶片。
另外，当加热元件12形成于加热器板11的内部时，加热元件可以分成许多层。在此情形下，各层优选排成互补关系的图形，使得从加热晶片的表面上方看时，能够看到整个加热元件12，而在整个视野中没有重叠。这种布局一般是的交错排布的图形。
在加热器板11的内部形成加热元件12时，也能够让加热元件12部分露出。导电膏没有特别限制，但是优选这样的组合物，它不仅含有导电性所要求的金属粉或导电陶瓷粉，而且还含有树脂、溶剂、增稠剂和其他添加剂。
上述金属粉优选是例如贵金属(金、银、铂、钯)、铅、钨、钼或镍的粉。这些金属能够单独使用或两种或多种组合使用。这些金属相对抗氧化，并具有足够高的抗产生热量的性能。
导电陶瓷粉包括而不局限于碳化钨或碳化钼粉。这些粉能够单独使用或两种或多种组合使用。
所述金属或导电陶瓷粉的优选粒径是0.1-100微米。如果粉比0.1微米还细，就容易氧化。另一方面，如果超过100微米，粉就不容易烧结，电阻值会增大。
上述金属粉可以是球状或片状。也可以采用球状和片状粉的混合物。当金属粉是片状或球状和片状粒子的混合物时，所加入的金属氧化物就会更有效地保持在金属粒子之间，随之产生的优点是，能够保证加热元件12与氮化物陶瓷之间更牢固的粘合力，并能够提高电阻值。
用于导电膏的树脂包括而不局限于环氧树脂和酚醛树脂。溶剂可以是例如异丙醇。增稠剂可以例如是纤维素。
如上所述，导电膏优选是将金属氧化物加入到金属粉中制成，使加热元件12成为由金属和金属氧化物粉构成的烧结体。由此，将金属氧化物与金属粉一同烧结，就能够实现加热器板的氮化物陶瓷与金属粉之间的紧密结合。
至今，尚待阐明为什么在导电膏加入金属氧化物会提高其与氮化物陶瓷的粘合强度，但是有人提出，由于金属粒子表面和氮化物陶瓷表面已经轻微氧化，所形成的氧化物膜与加入的金属氧化物的中间物一同烧结成一体，由此形成了金属粉与氮化物陶瓷的紧密粘合。
上述的金属氧化物优选是选自氧化铅、氧化锌、氧化硅、氧化硼(B2O3)、氧化铝、氧化钇和氧化钛的至少一种。
这些氧化物能够提高金属粉与氮化物陶瓷之间的粘合力，而不会增大加热元件12的电阻值。
上述氧化铅、氧化锌、氧化硅、氧化硼(B2O3)、氧化铝、氧化钇和氧化钛在每100份(重量)金属氧化物总量中的比例是1-10份(重量)氧化铅、1-30份(重量)氧化硅、5-50份(重量)氧化硼、20-70份(重量)氧化锌、1-10份(重量)氧化铝、1-50份(重量)氧化钇和1-50份(重量)氧化钛。这些氧化物的总量优选不高于100份(重量)。
在上述范围内调节氧化物的量，就能够提高尤其与氮化物陶瓷的粘合性。
所述金属氧化物的加入量相对于金属粉优选不低于0.1％(重量)，但低于10％(重量)。另外，用上述组成的导电膏形成的加热元件12的面积电阻率优选为1-45mΩ/。
如果面积电阻率超过45mΩ/，就会产生相对于所加电压过多的热量，使得加热元件12是在加热器表面上的情形下，几乎不能控制热量。如果所述金属氧化物的加入量不低于10％(重量)，面积电阻率就会超过50mΩ/，而产生的过大的热量会使温度控制变得困难，并破坏温度分布的均匀性。
当加热元件12形成于加热器板11的表面上时，加热元件12的表面优选装有金属覆盖层12a，以阻止烧结的金属的氧化和随之的电阻变化。这样形成的金属覆盖层12a的厚度优选为0.1-10微米。
用于形成所述金属覆盖层12a的金属没有特别限制，只要它是不可氧化的金属就行，可以例如是金、银、钯、铂或镍。这些金属可以单独使用或两种或多种组合使用。在上述金属中，尤其优选镍。
当然，加热元件12必须备有接头，用来连接到电源。这些接头通过焊剂附着于加热元件12上，则加热元件上的金属覆盖层用镍就能够抑制焊剂的热扩散。作为连接接头的方式，可以采用例如Koval的外接头13。
当加热元件12形成于加热器板11的内部时，加热表面不会氧化，因此不需覆盖。当加热元件12形成于加热器板11的内部时，加热元件可部分露出，并具有镀了金属的通孔，以便安装所述外接头并将其固定在位。
作为用于连接外接头13的焊剂，可以使用各种合金例如银-铅合金、铅-锡合金、铋-锡合金等。焊剂层的优选厚度是0.1-50微米。在该范围内，就能够获得牢固的焊剂连接。
另外，如图2所示，加热器板11可以具有通孔15，用来将支撑销(未示出)塞入通孔15内，就可以将半导体晶片送入传送机(未示出)，或从该机器送出。
下面描述本发明陶瓷加热器的制造方法。
首先描述制造包括形成于加热器板11(图1和2)的底面上的加热元件的陶瓷加热器的方法。在下面的描述中，将氮化物陶瓷作为一个例子，但是该描述也适用于碳化物陶瓷或氧化物陶瓷。
(1)加热器板的制造
用任选的烧结助剂例如氧化钇(Y2O3)、氧化钙(CaO)、氧化锂(Li2O)、氧化铷(Rb2O)等，Y、Na、B、Li、Rb和Ca的化合物，粘合剂和其他元素与上述氮化物陶瓷粉，例如氮化铝陶瓷粉，配制成浆料。该浆料进行喷雾干燥，制成小粒，接着放入金属模具等内，压成生板。
然后，在生板中还可以形成通孔和盲孔，通孔用来装入支撑半导体晶片的支撑销，盲孔内嵌入测温传感器例如热电偶。
接着，对生板加热烧结，制成陶瓷板。然后，对该陶瓷板进行机械加工，制成加热器板11。作为一种替换方法，板可以直接成形制成特定尺寸，使它可以直接用作加热器板11。在压力下实施烧结操作，就能够制成无孔洞的加热器板11。加热温度可以是不低于烧结点的任意温度，但是在氮化物陶瓷的情形下，采用1000-2500℃范围内的温度。之后，通过例如喷砂至少使加热晶片的表面粗糙化。如果要求，可以对两面相都进行粗糙化处理。
(2)用导电膏印刷加热器板
导电膏通常是含有金属粉、树脂和溶剂的高粘度液体。采用例如丝网印刷技术用所述导电膏按与加热元件对应的图案对板进行印刷，形成导电膏层。由于要求加热元件在整个表面上均匀地使加热器板加热，所以优选按图1所示的同心圆图案进行印刷。
优选的是，导电膏层应以这样的方式形成，使烧结后的加热元件12显示出长方形截面和平整的表面。
(3)烘烤导电膏
接着，加热形成于加热器板11底面上的导电膏层，脱除树脂和溶剂，并烘烤加热器板11底面上的金属粉，制成加热元件12。加热温度优选500-1000℃。
当导电膏内加有所述金属氧化物时，金属粉、加热器板和金属氧化物烧结成一体，就改进了加热元件与加热器板之间的粘合。
(4)金属覆盖层的形成
加热元件12的表面优选具有金属覆盖层12a。金属覆盖层12a能够由例如电解电镀、化学镀或溅镀形成，但是为了大规模生产，化学镀最合适。
(5)接头等的连接
在加热元件12的每个电路的末端，通过焊接接上用来连接电源的接头(外接头13)。另外，用银或金的钎焊材料将热电偶塞入并固定在盲孔14内，并用耐热树脂例如聚酰亚胺树脂密封，这样就结束了陶瓷加热器的制造。
下面描述制造含有形成于加热器板11内部的加热元件12的陶瓷加热器的方法。
(1)制造加热器板
首先，氮化物陶瓷粉与粘合剂、溶剂等混合，制成浆料，然后使用该浆料成形为生片。
上述氮化物陶瓷粉包括氮化铝粉，必要时，也可以加入烧结助剂例如氧化钇和Na与Ca的化合物。
粘合剂优选是至少一种选自丙烯酸类粘合剂、乙基纤维素、丁基溶纤剂和聚乙烯醇的组分。
溶剂优选是至少一种选自α-萜品醇和二醇的组分。
混合这些组分所获得的浆料用刮片方法成形，获得所述生片。
生片的优选厚度是0.1-5毫米。
接着，必要时，生片可制成具有用作安放支撑半导体晶片的支撑销的通孔15，具有用作内部嵌入测温传感器例如热电偶的盲孔，具有用作将加热元件连接到外引线尾销的通孔18(以后要电镀)。也可以在制成下述生片叠层物之后或叠层物烧结之后，进行形成上述各孔的步骤。
(2)用导电膏印刷生片
在生片上，印刷含有金属或导电陶瓷粉的导电膏，以便形成加热元件。
导电膏含有金属或导电陶瓷粉。
钨或钼粉的平均粒径优选0.1-5微米。如果平均粒径小于0.1微米或大于5微米，那么导电膏的印刷就很难进行。
导电膏可以例如是这样一种组合物，它含有85-87份(重量)金属或导电陶瓷粉，1.5-10份(重量)至少一种选自丙烯酸类粘合剂、乙基纤维素、丁基溶纤剂和聚乙烯醇的粘合剂，1.5-10份(重量)至少一种选自α-萜品醇和二醇的溶剂。
(3)将生片叠压起来
将没有用导电膏印刷的生片叠压到已用导电膏印刷的生片的两面上。
在该步骤中，这样安排：使叠压到顶面上的生片数目比叠压到底面上的生片数目多，使加热元件与制成的加热板的底面距离较近。
具体地说，叠压到顶面的生片的优选数目是20-50片，叠压到底面的是5-20片。
(4)将生片叠层物烧结
对生片叠层物热压，使叠层物内的生片和导电膏烧结。加热温度优选1000-2000℃，施加的压力优选100-200千克/厘米2。加热在惰性气体气氛下进行。惰性气体可以例如是氩气或氮气。
接着，磨光至少一个加热表面，实施粗糙化处理，必要时，再实施喷砂等操作。该粗糙化处理可以在两面上实施。
接受测温传感器的盲孔可以在烧结操作之后形成。盲孔可以在对表面研磨之后例如通过喷砂形成。另外，将外接头13连接到镀上金属的通孔，供加热元件通电之用，然后加热进行软熔。加热温度优选200-500℃。
接着，借助于银或金钎焊材料将作为测温传感器的热电偶嵌入，并用耐热树脂例如聚酰亚胺树脂密封，这就完成了陶瓷加热器的制造。
本发明加热器的工作温度范围是150-800℃。关于工作气氛，该加热器可以在大气压或负压下使用。在这些条件下，本发明表现出尤其显著的效果。
本发明的陶瓷加热器可以装上作为静电卡盘使用时需要的静电极，或装上作为晶片校准仪使用时需的卡盘顶表面导体层。
下面简要说明所述静电卡盘的构造。
图3是显示静电卡盘的纵向剖面示意图，图4是沿图3的A-A线剖开的静电卡盘的剖面图。
在该静电卡盘101中，卡盘正极层和负极层20和30形成于氮化铝板100内，而且还形成陶瓷电介质膜40。另外，电阻加热元件50也形成于氮化铝板100内，使硅晶片90能够得到加热。必要时，氮化铝板100可以具有嵌入的RF电极。
如图4所示，静电卡盘101通常成形为平面视图上的圆形，在氮化铝板100内部，包括半圆形段20a和梳子形状段20b的卡盘正极静电层20和相似地包括半圆形段30a和梳子形状段30b的卡盘负极静电层30面对面地排列，使得两个梳子形状段20b和30b呈交错排列。
操作该静电卡盘时，卡盘的正极和负极静电层20和30分别连接到DC电源的+和-端，施加DC电压。结果设置在静电卡盘上的半导体晶片就会被牢固地吸住。
实施本发明的最佳方式
下面进一步详细说明本发明。
实施例1
(1)将含有100份(重量)氮化铝粉(Tokuyama Co．制造，平均粒径1.1微米)、4份(重量)氧化钇(平均粒径0.4微米)和12份(重量)丙烯酸类粘合剂和其余为醇的组合物喷雾干燥，制成颗粒粉，所述氮化铝粉含有浓度分别为0.1ppm和0.8ppm的Na和B。
(2)将上述颗粒粉装入金属模具内，成形成为生板。将该生板钻孔，形成与装入半导体晶片支撑销的通孔15对应的孔以及与嵌入热电偶(直径1.1毫米×2毫米深)的盲孔14对应的孔。
(3)接着，在1800℃和200千克/厘米2下对成形获得的生板进行热压，形成3毫米厚的氮化铝板。
从该板上，切出直径为210毫米的盘，提供一个陶瓷盘(加热器板11)。
用平均粒径为5微米的氧化铝粉对该加热器板11的两面进行喷砂，形成对应于JIS B0601Rmax=6微米的表面不平整度。
(4)在上述(3)中加工成的加热器板11上，丝网印刷施加上导电膏。印刷图案是同心圆，如图1所示。
所用的导电膏是购自Tokuriki Kagaku Kenkyusho的Solbest PS603D，它经常用来形成印刷电路板内的镀以金属的通孔。
该导电膏是银-铅膏，含有7.5份(重量)金属氧化物，以100份(重量)银为基准，所述金属氧化物含有氧化铅(5％(重量))、氧化锌(55％(重量))、氧化硅(10％(重量))、氧化硼(25％(重量))和氧化铝(5％(重量))。银粉是平均粒径为4.5微米的片状粒子。
(5)接着，将如上所述印上导电膏的加热器板11在780℃加热，对导电膏中的银和铅进行烧结，并将它们烘烤在加热器板11上，形成加热元件12。由银和铅构成的加热元件是5微米厚×2.4毫米宽，具有7.7mΩ/的面积电阻率。
(6)将在上述(5)中制成的加热器板11浸入由80克/升硫酸镍、24克/升次磷酸钠、12克/升乙酸钠、8克/升硼酸和6克/升氯化铵的水溶液构成的化学镀镍镀浴中，在银-铅加热元件12的表面上沉积1微米厚的金属覆盖层(镍层)12a。
(7)采用由丝网印刷技术用银-铅焊膏(Tanaka Noble Metals制造)印上供外接头13附着其上以连接到电源的部分，形成焊膏层。
在焊膏层上，放置Koval的外接头13，接着420℃加热进行软熔。以这种方式，就可将外接头13固着到加热元件12的表面上。
(8)用81.7Au-18.3Ni的金钎焊材料将控制温度用的热电偶固定在其位置上(1030℃加热熔化)，这样就制成了陶瓷加热器10。
对比例1
(1)除了制成的加热器板不是进行喷砂使两面粗糙化以外，重复实施例1的其他步骤，制成陶瓷加热器。因为没有进行粗糙化处理，所以表面粗糙度是JISB0601Rmax=0.1微米。
对比例2
(1)除了在制造加热器板过程中，没有加入氧化钇，而且Mitsui Toatsu′sMAN-5(Na和B的浓度低于0.1ppm)用作氮化铝粉以外，重复实施例1的其他步骤，制成陶瓷加热器。
对比例3
(1)制成加热器板之后，板的两面用氧化铝(平均粒径250微米)喷砂，粗糙化处理至JIS B0601Rmax=210微米。
实施例2
将含有100份(重量)氮化铝粉(Tokuyama Co．制造，平均粒径1.1微米)、5份(重量)氧化钙(平均粒径0.3微米)和12份(重量)丙烯酸类粘合剂和其余为醇的组合物喷雾干燥制成颗粒粉，所述氮化铝粉含有浓度分别为0.1ppm和0.8ppm的Na和B。完全重复实施例1的其他步骤，制成陶瓷加热器。
实施例3
将含有100份(重量)氮化铝粉(Tokuyama Co．制造，平均粒径1.1微米)、3份(重量)Li2O(平均粒径0.3微米)、2份(重量)Pb2O(平均粒径0.3微米)和12份(重量)丙烯酸类粘合剂和其余为醇的组合物喷雾干燥制成颗粒粉，所述氮化铝粉含有浓度分别为0.1ppm和0.8ppm的Na和B。完全重复实施例1的其他步骤，制成陶瓷加热器。
接着，用0.5微米的金刚石膏将该加热器板11的表面磨光至Rmax=0.8微米，之后，如实施例1所述制成陶瓷加热器。
实施例4
基本重复实施例1的步骤。但是采用会在1030℃软熔的Ni-Au钎焊材料接上外接头。另外，用氧化锆(平均粒径为3微米)喷砂，对表面粗糙化处理至JISB0601Rmax=4微米。
此外，用支撑销将硅片支撑到距氮化铝陶瓷板表面100微米，在减压条件下加热至高达500℃。
实施例5
基本重复实施例1的步骤。但是采用会在1030℃软熔的Ni-Au钎焊材料接上外接头。另外，用氧化锆(平均粒径为15微米)喷砂，对表面粗糙化处理至JISB0601Rmax=18微米。
此外，用支撑销将晶片支撑到距氮化铝陶瓷板表面100微米，在减压条件下加热至高达500℃。
实施例6
基本重复实施例1的步骤。但是采用会在1030℃软熔的Ni-Au钎焊材料接上外接头。另外，用氧化锆(平均粒径为200微米)喷砂，对表面粗糙化处理至JIS B0601Rmax=180微米。
此外，用支撑销将晶片支撑到距氮化铝陶瓷板表面100微米，在减压条件下加热至高达500℃。
对比例4
基本重复实施例1的步骤。但是采用会在1030℃软熔的Ni-Au钎焊材料接上外接头。没有进行喷砂。因此表面粗糙度是Rmax=0.1微米。
接着，用支撑销将晶片支撑到距氮化铝板表面100微米，在减压条件下加热至高达500℃。
对比例5
基本重复实施例1的步骤。但是采用会在1030℃软熔的Ni-Au钎焊材料接上外接头。另外，用氧化锆(平均粒径为250微米)喷砂，对表面粗糙化处理至JIS B0601Rmax=210微米。
接着，用支撑销将晶片支撑到距氮化铝板表面100微米，在减压条件下加热至高达500℃。
采用上述在实施例1-6和对比例1-5中获得的陶瓷加热器，用荧光X-射线分析测量Y、Na、Ca、Rb、B和Li含量，用激光冲击方法测量每个加热器板的导热率。另外，将一个半导体晶片设置到每个加热器板上，加热至500℃，由荧光X-射线分析测量Y、Na、Ca、Rb、B和Li对晶片的扩散。此外，用热电偶测量晶片表面与对晶片加热的表面之间的温度差。
结果如表1所示。
                                                表1
  导热率(W/m·K)                  B、Na杂质含量(ppm)              杂质对硅晶片的扩散 温度差(℃)
     Y     Na   Ca   Li   Rb      B     Y    Na  Ca  Li  Rb    B
实施例1     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    无    无  -  -  -    无 0.5
实施例2     180      -     0.1   1.5   -   -     0.8    -    无  无  -  -    无 0.8
实施例3     180      -     0.1    -  0.8  0.6     0.8    -    无  -  无  无    无 0.8
实施例4     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    无    无  -  -  -    无 0.5
实施例5     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    无    无  -  -  -    无 0.6
实施例6     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    无    无  -  -  -    无 0.8
对比例1     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    有    有  -  -  -    有 0.5
对比例2      80      -     0.1＜    -   -   -     0.1＜    -    无  -  -  -    无 0.6
对比例3     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    无    无  -  -  -    无 2.0
对比例4     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    有    有  -  -  -    有 0.5
对比例5     180     1.3     0.1    -   -   -     0.8    有    有  -  -  -    有 2.0
从表1中的数据显而易见，虽然对于实施例1-3的陶瓷加热器而言，加热器板的导热率高，而且没有发现Y和其他杂质扩散，但是在对比例1中，由于陶瓷加热器的对晶片加热的表面平整，发生了Y和其他杂质扩散进入晶片内的现象，而且在没有加入Y的对比例2中，陶瓷加热器的加热器板的导热率低。此外，在对比例3中，晶片不能充分加热。
在实施例4-6中，半导体晶片没有直接设置在加热表面上，而是被支撑销悬起，然后加热的，没有观察到Y和其他杂质扩散。相反，在对比例4和5中，观察到了Y、Na或B对晶片的污染。怀疑该污染是由Y和其他杂质的蒸发而引起的。
实施例7
静电卡盘的制造
(1)采用将100份(重量)氮化铝粉(Tokuyama Co．制造，平均粒径1.1微米)、4份(重量)氧化钇(平均粒径0.4微米)和11.5份(重量)丙烯酸类粘合剂、0.5份(重量)分散剂和53份(重量)由1-丁醇和乙醇构成的醇进行混合制成浆液，用刮片方法成形出0.47毫米厚的生片，所述氮化铝粉含有浓度分别为0.1ppm和0.8ppm的Na和B。
(2)该生片在80℃干燥5小时，用冲孔方法形成以后用作与外接头连接的镀上金属的通孔。
(3)将100份(重量)碳化钨粉(平均粒径1微米)、3.0份(重量)丙烯酸类粘合剂、3.5份(重量)溶剂α-萜品醇和0.3份(重量)分散剂混合，制成导电膏A。
将100份(重量)钨粉(平均粒径3微米)、1.9份(重量)丙烯酸类粘合剂、3.7份(重量)溶剂α-萜品醇和0.2份(重量)分散剂混合，制成导电膏B。
采用该导电膏A，丝网印刷在生片上形成导电膏层。印上的图案是同心圆。在另一个生片上，根据图4所示的静电极图案形成导电膏层。
另外，用导电膏B填塞用作与外接头连接的镀上金属的通孔的通孔。静电极图案包括梳子形状的电极30(20b,30b),20b、30b分别与20a、30a相连。
对经过上述加工工序的生片500的顶面和底面，分别叠压上34片和13片来印刷钨膏的生片500′，再在其上进一步叠压按静电极图案印上导电膏的生片500。另外，再叠压上两片没有印上钨膏的生片500′。叠压温度和压力是130℃和80千克/厘米2(图5(a))。
(4)将上述叠压物在氮气中600℃脱脂5小时，并在1890℃和150千克/厘米2下热压3小时，形成3毫米厚的氮化铝板。从该板上，切出直径为230毫米的盘，制成一个氮化铝盘，它内部具有6微米厚×10毫米宽的电阻加热元件50和卡盘正极静电极层20和卡盘负极静电极层30，两者的厚度为6微米(图5(b))。
(5)然后，用金刚石砂轮研磨在(4)中获得的盘，并用一掩模置于其上的一定位置，用氧化锆(平均粒径1微米)喷砂，在其表层上形成接受热电偶的盲孔(直径1.2毫米，深度2.0毫米)。
喷砂后的表面粗糙度是Rmax=2微米。
(6)接着，对钻孔形成孔洞130、140(图5(c))作为以后镀以金属的通孔，将Koval的外接头60、180用Ni-Au钎焊材料700℃加热软熔连接固定在孔洞130、140内(图5(d))。
外接头的连接优选是连接可靠度高的3点钨支撑系统。
(7)接着，将许多控制温度的热电偶嵌入盲孔内，就完成了带有如图3所示的电阻加热元件的静电卡盘的制造。
将硅晶片置于静电卡盘中的位置，对电极施加1千伏，就吸引住日片，晶片300℃加热。
在实施例7中，通过提供静电极，制造出装有静电卡盘的加热器。没有观察到Y与其他杂质对晶片的污染。
实施例8SiC陶瓷加热器的制造
(1)将含有100份(重量)SiC粉(平均粒径0.3微米)、0.5份(重量)烧结助剂B4C、12份(重量)丙烯酸类粘合剂和其余为醇的组合物喷雾干燥，制成颗粒。
(2)将该颗粒放入金属模具内，成形为平板形式，形成生板。
(3)接着，将该生板在2100℃和180千克/厘米2条件下热压，制成3毫米厚的SiC板。
从该板表面上，切出直径为210毫米的盘，用作陶瓷基材。用粒径为0.05微米的金刚石膏(Maruto)磨光该陶瓷基材的表面，制成粗糙度Rmax=0.08微米的加热表面。
用玻璃膏(Showei Kagaku Kogyo；G-5232N)涂布该SiC陶瓷基材，再在1000℃烧结1小时，在表面上形成2微米厚的二氧化硅膜。
对该基材钻孔，形成接受硅晶片升降销的通孔15和埋嵌热电偶(直径1.1毫米×深2毫米)的盲孔14。
(4)采用丝网印刷技术用导电膏印刷上述(3)步骤中获得的陶瓷基材。所用导电膏的配方是：90份(重量)银(Showei Kagaku Kogyo；Ag-540)、10份(重量)铂针(Showei Kagaku Kogyo；Pt-401)、7.5份(重量)氧化硅、1.5份(重量)氧化硼、6份(重量)氧化锌、30份(重量)有机载体乙酸纤维素酯。
(5)接着，将以上述方式印上导电膏的陶瓷基材780℃加热，对导电膏中的银和铂进行烧结，并将它们烘烤在陶瓷基材上，形成加热元件。该加热元件是5微米厚×10毫米宽，具有0.13Ω/的面积电阻率。
(6)用玻璃膏(Showei Kagaku Kogyo；G-5177)涂布加热表面，并1000℃加热形成覆盖层。
(7)向加热元件上有待接上连接电源的接头的表面上，丝网印上银钎焊材料，形成焊剂层。
然后，在焊剂层上，放置Koval的外接头13，接着780℃加热，使焊剂软熔。由此，将外接头13牢固地固定到加热元件12的表面上。还将半导体支撑销插入固定在位。
(8)将控制温度的热电偶装入盲孔14，并用陶瓷粘合剂(Toa Gosei；AronCeramic)牢牢地固定，就完成了一个陶瓷加热器10。
实施例9
重复实施例8的步骤，不同的是在用粒径为0.05微米的金刚石膏(Maruto)磨光之后，用平均粒径为5微米的SiC粉对基材表面进行喷砂，形成Rmax=6微米的表面粗糙度。
实施例10
重复实施例8的步骤，不同的是在用粒径为0.05微米的金刚石膏(Maruto)磨光之后，用平均粒径为180微米的SiC粉对基材表面进行喷砂，形成Rmax=200微米的表面粗糙度。
对比例6
重复实施例8的步骤，不同的是用粒径为0.01微米的金刚石膏(Maruto)磨光基材表面，形成Rmax=0.03微米的表面粗糙度。
对比例7
重复实施例8的步骤，除了用粒径为0.05微米(Maruto)的金刚石膏磨光之后，用平均粒径为250微米的SiC粉对基材表面进行喷砂，形成Rmax=210微米的表面粗糙度。
实施例11
氮化铝陶瓷加热器的制造
(1)将含有100份(重量)氮化铝粉(平均粒径0.6微米)、4份(重量)氧化钇(平均粒径为0.4微米)、12份(重量)丙烯酸类粘合剂和其余为醇的组合物喷雾干燥，制成颗粒。
(2)将该颗粒放入金属模具内，成形为平板形式，形成生板。
(3)接着，将该生板在1800℃和200千克/厘米2条件下热压，制成3毫米厚的氮化铝板。
从该板表面上，切出直径为210毫米的盘，用作陶瓷基材11。将与实施例8中所用相同的玻璃膏涂布到上述基材表面上，干燥并烧结，形成2微米厚的二氧化硅膜。接着，用粒径为0.05微米的金刚石膏(Maruto)磨光该陶瓷基材的表面，制成粗糙度Rmax=0.08微米的加热表面。
对该基材钻孔，形成装入硅晶片升降销的通孔35和埋嵌热电偶(直径1.1毫米×深2毫米)的盲孔14。
(4)在上述步骤(3)中获得的陶瓷基材11上，丝网印上导电膏。所用导电膏的配方是：50份(重量)银片(Showei Kagaku Kogyo；Ag-540)、50份(重量)钯球(Showei Kagaku Kogyo；Pd-225)、10份(重量)氧化锌、8份(重量)氧化硅、2份(重量)氧化硼和30份(重量)有机载体乙酸纤维素酯。
(5)接着，将以上述方式印上导电膏的陶瓷基材11于780℃加热，烧结导电膏中的银和钯，并将它们烘烤在陶瓷基材11上，形成加热元件12。该银-钯加热元件12是5微米厚×15毫米宽，具有5.09Ω/的面积电阻率。
(6)用玻璃膏(Showei Kagaku Kogyo；G-5177)涂布加热元件12的表面，并1000℃加热形成覆盖层。
(7)向加热元件上有待接上连接电源的接头的表面上，丝网印上银-铅焊膏，形成焊剂层。
然后，在焊剂层上，放置Koval的外接头13，接着780℃加热，使焊剂软熔。由此，将外接头13牢固地固定到加热元件12的表面上。还将半导体支撑销插入固定在位。
(8)将控制温度的热电偶装入盲孔14，并用陶瓷粘合剂(Toa Gosei；AronCeramic)牢牢地固定，就完成一个陶瓷加热器。
实施例12
重复实施例11的步骤，不同的是在用粒径为0.05微米(Maruto)的金刚石膏磨光之后，用平均粒径为5微米的SiC粉对基材表面进行喷砂，形成Rmax=6微米的表面粗糙度。
实施例13
重复实施例11的步骤，不同的是用粒径为0.05微米的金刚石膏(Maruto)磨光之后，用平均粒径为180微米的SiC粉对基材表面进行喷砂，形成Rmax=200微米的表面粗糙度。
对比例8
重复实施例11的步骤，不同的是用平均粒径为0.01微米的金刚石膏(Maruto)磨光基材表面，形成Rmax=0.03微米的表面粗糙度。
对比例9
重复实施例11的步骤，不同的是在用平均粒径为0.05微米的金刚石膏磨光表面之后，用平均粒径为250微米的氧化锆粉对基材进行喷砂，形成Rmax=210微米的表面粗糙度。
在实施例8-13和对比例6-9中的每个实施例中，硅片都加热至400℃，陶瓷加热器的加热表面与硅晶片之间的距离保持在100微米，硅片的最高与最低温度差ΔT采用仪器Thermoviewer(Japan Datum，IR-16-2012-0012)测量。
结果如下表2所示。
                         表2
 表面粗糙度(微米)  最高与最低温度之差ΔT(℃)
    实施例8        0.08           4
    实施例9         6           3
    实施例10        180           4
    实施例11        0.08           5
    实施例12         6           4
    实施例13        180           5
    对比例6        0.03           8
    对比例7        210           8
    对比例8        0.03          10
    对比例9        180          10
从上表2中显而易见，当表面粗糙度Rmax大于200微米或小于0.05微米时，温度差较大。这大概是因为当表面粗糙度过大或过小时，加热表面的温度分布反映到了硅片内。
附带指出，因为SiC具有较高的导热率(270W/m·K)，所以加热表面上的温度差较小。
实用性
本发明的陶瓷加热器，在上面已经描述了其构成，其加热元件含有至少一种选自Y和其他的元素，由此具有高导热性，使加热器板的表面温度可迅速跟上加热元件的温度变化，从而能高效率地控制对晶片加热的表面的温度。
另外，因为对晶片加热的表面经过粗糙化处理，其与半导体晶片的接触形式是点接触，因而能够成功地阻止杂质从陶瓷加热器热扩散进入半导体晶片，而且也可阻止由于杂质蒸发而污染半导体晶片等。
该加热器能够应用到静电卡盘和晶片校准仪上。

Claims (8)

1．一种陶瓷加热器，它包括陶瓷基材和位于该基材表面上或其内部的加热元件；
其中加热表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.05-200微米。
2．一种陶瓷加热器，它包括陶瓷基材和位于该基材表面上或其内部的加热元件；
其中所述的陶瓷基材含有其主要组成元素以外的元素，加热器的加热表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米。
3．如权利要求1或2所述的陶瓷加热器，其中所述的陶瓷基材是选自氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和氧化物陶瓷中的至少一种。
4．一种陶瓷加热器，它包括氮化物陶瓷基材和位于该基材表面上或其内部的加热元件；
其中所述的氮化物陶瓷基材含有其主要组成元素以外的元素，加热器的加热表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米。
5．一种陶瓷加热器，它包括氮化物陶瓷基材和位于该基材表面上或其内部的加热元件；
其中所述的氮化物陶瓷板含有至少一种选自Na、B、Y、Li、Rb和Ca的元素，加热表面具有JIS B0601表面粗糙度Rmax=0.2-200微米。
6．如权利要求4或5所述的陶瓷加热器，其中所述的氮化物陶瓷板呈直径大于150毫米的盘形式。
7．如权利要求4、5或6所述的陶瓷加热器，其中所述的至少一种选自Y、Li、Rb和Ca的元素的含量不低于0.1％(重量)。
8．如权利要求4、5或6所述的陶瓷加热器，其中所述的至少一种选自Na和B的元素的含量不低于0.05ppm。
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