CN1708190A - 加热器和晶片加热装置及加热器的制造方法 - Google Patents

加热器和晶片加热装置及加热器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种具有高度的均热性,可以几乎相同地加热装载于其上面的晶片等的加热器及使用该加热器的晶片加热装置以及其制造方法。为了达到上述目的,本发明涉及一种加热器,其包括:板状体;形成在该板状体的表面,并具有为了调整电阻值的槽部的带状电阻发热体;形成在上述板状体的表面并成为上述槽部的定位基准的定位表示部。

Description

加热器和晶片加热装置及加热器的制造方法
技术领域
本发明涉及一种主要在加热晶片时使用的晶片加热装置,例如,在半导体晶片、液晶装置或电路基板等晶片上形成薄膜时,或者,将上述晶片上涂有的抗蚀液(resist liquid)干燥烧成(baking)而形成抗蚀膜(resist film)时适合使用的加热器。
背景技术
在半导体的制造工艺中,半导体薄膜的成膜处理、蚀刻处理、抗蚀膜的烧成处理时,为了加热半导体晶片(以下,简称晶片)使用陶瓷制加热器。
传统的半导体制造装置有:统一加热复数个晶片的批(batch)式和一张一张加热的枚叶式。枚叶式,因温度控制性优越,随着半导体元件的配线的细微化和晶片热处理温度的精密度的要求提高,广泛使用陶瓷制加热器。
如同上述的陶瓷制加热器,提案的有例如专利文献1或专利文献2中的,如图18所示的陶瓷制加热器。
该加热器(71)以板状陶瓷体(72)、金属套(79)为主要构成要素,在由铝等金属构成的有底面形状的金属套(79)的开口部,把树脂材的绝热性连接构件(74)介入,用螺栓(80)把由氮化物陶瓷或碳化物陶瓷构成的板状陶瓷体(72)固定,使其上面为装载晶片(W)的装载面(73),同时,在板状陶瓷体(72)的下面,例如,如图19所示的设有同心圆状的电阻发热体(75)。
而且,在电阻发热体(75)的端子部,铜焊(brazing)有供电端子(77),该供电端子(77)构成为:与插入贯通形成在金属套(79)的底部(79a)的导(lead)线引出用孔(76)的导线(78)电连接。
但是,如此构成的加热器(71),为了在晶片(W)的整个表面上形成均质的膜,或者,为了使抗蚀膜的加热反应状态均质,重要的是使晶片的温度分布均一。因此,至今为止,为了减小晶片面内的温度差,实施有调整电阻发热体(75)的电阻分布或分割控制电阻发热体(75)的温度的方法。但是,以印刷法制造的电阻发热体,有因膜厚度的偏差而得不到计划的电阻值的问题。因此,调整上述电阻分布的方法,已提示的有如专利文献3、专利文献4或专利文献5所记载的用激光束形成槽而调整电阻的方法。
另外,专利文献7中提示有:如专利文献6,把电阻发热体为波状,把波状部以激光微调(trimming)的方法或如图10所示,在电阻发热体带的端,以激光形成复数个槽(m),靠调整电阻的加热器减小晶片(W)的面内温度差的方法。
虽然,晶片的面内温度差变小,但是还不够在晶片(W)全体表面上形成均质的膜,还需要开发出能够使温度分布更均一加热的加热器。
【专利文献1】日本专利公开2001-203156号公报
【专利文献2】日本专利公开2001-313249号公报
【专利文献3】日本专利公开2001-244059号公报
【专利文献4】日本专利公开2002-141159号公报
【专利文献5】日本专利公开2002-151235号公报
【专利文献6】日本专利公开2002-043031号公报
【专利文献7】日本专利公开2002-203666号公报
【专利文献8】日本专利公开2001-297858号公报
【专利文献9】日本专利公开2002-083668号公报
发明内容
如专利文献6或专利文献7的方法,可以一定程度上提高温度分布,但是难以将晶片表面的温度差小于0.3℃以下。
而且,根据上述方法形成的加热器,反复加热·冷却中,电阻值发生变化,从而失去晶片表面的均热平衡,而有温度差变大的问题。
因此,本发明的目的是提供一种具有高度的均热性,可以几乎相同地加热装载在其上面的晶片等的加热器及使用该加热器的晶片加热装置以及加热器的制造方法。
本发明人员研究的结果发现出:在板状体上形成的电阻发热体,在跟槽部对应的位置上形成定位表示部,以该定位表示部为基准,可以形成为了调整电阻值的槽部,而可以在带的所定位置形成精密度高的槽部,靠此,可以使在电阻发热体的整体具有几乎相同的电阻值的电阻发热体。
而且,本发明人员还发现出:对电阻发热体照射激光束,则该电阻发热体内的导电性粒子凝聚而密度降低,照射激光的槽部的表面的电流比没有槽部的电阻发热体的表面小,因此,即使反复急速的加热·冷却循环,也不发生从槽部的裂缝,因而,没有电阻发热体电阻的变化或断线的可能性,而可以得到优越的特性。
而且,本发明人员还发现出:通过将形成在电阻发热体的槽部形成在电阻发热体的中央,且对圆状的板状体中心,使普遍存于电阻发热体的中心侧或外侧,而且使槽部的端部的形状作为圆弧状,而且把槽部向跟电阻发热体的轴垂直的方向连结排列形成,从而可以作均热性更良好的加热器。从而达到了完成本发明。
因此,本发明的第一发明为一种加热器,包括:板状体和形成在上述板状体表面的带状电阻发热体,其特征在于:上述带状电阻发热体具有槽部,上述板状体的表面上具有定位表示部,其上述定位表示部是与上述槽部相对应而形成的。如上所述,在跟槽部对应的位置形成有定位表示部,而可以以该定位表示部为基准形成槽部,从而可以在带的所定位置精密度高地形成槽部,靠此可以成为具有均热性的加热器。
而且,上述板状体由陶瓷构成为宜。陶瓷,因为具有耐热性,所以可以将晶片等加热至高温。
与本发明有关的加热器,其特征在于:定位表示部为从带状电阻发热体向侧方突出的凸部。因为该突出的凸部与电阻发热体相邻接形成,而可以提高位置精密度。
本发明,其特征在于:包括:板状体;形成在该板状体的表面并具有槽部的带状电阻发热体,上述带状电阻发热体具有从该带状电阻发热体向侧方突出的凸部。
另外,本发明的第二发明为一种加热器,上述电阻发热体由绝缘性组成物和导电性组成物的复合材构成,上述槽部的表面上的上述导电性组成物的密度比在上述电阻发热体内部的导电性组成物的密度小。槽部使用激光束而形成,如果照射激光束,则导电性粒子就凝聚而在槽部表面上的密度降低。因此,照射激光的槽部的表面电流比没有槽部的电阻发热体的表面的导电性粒子没有凝聚的部分变小,从而,即使反复急速的加热或冷却的温度循环,也不发生从槽部表面的裂缝,因而,不会发生电阻发热体电阻的变化或断线,而可以得到优越的特性。
与本发明有关的加热器,在槽部表面上的导电性组成物的平均粒径为1~20□为宜。如果导电性组成物的平均粒径在1□以下,则缓解应力的效果减少,从而从槽部的表面至电阻发热体内部,有伸展裂缝的可能性,而且,如果导电性组成物的平均粒径在20□以上,则因导电性组成物的粒径过大,而在导电性组成物和绝缘性组成物的界面,有可能发生裂缝。
与本发明有关的加热器,其特征为:电阻发热体具有被由导电性组成物构成的多数个导电性粒子围绕的绝缘性组成物。如上所述,如果有以多数个导电性粒子围绕的绝缘性组成物块,用激光形成槽部,则槽部表面的导电性组成物块的直径变大而降低密度,从而可以降低槽部表面的电流密度,从而可以防止裂缝。
另外,本发明的第三发明为一种加热器,在圆状的板状体上以同心圆状形成有电阻发热体,在该电阻发热体上,大致在其宽度方向的中央部分,形成有由复数个上述槽部组成的群。如上所述在电阻发热体的至少一部分形成槽部,而形成电阻调整部,调整电阻发热体的发热量,而可以使均热板的温度均一,从而可以减小晶片(W)的面内温度差。
与本发明的另外的实施方式有关的加热器,其特征在于:电阻发热体以同心圆状形成在圆状的板状体上,槽部偏在于电阻发热体上的板状体的半径方向的内侧或板状体的半径方向的外侧。即使将电阻发热体在板状体的表面对称性好地布置,如果把为了调整电阻值的槽部形成在电阻发热体的不规则的场所,则随着槽部的位置电阻发热体的发热领域微妙地改变,而晶片的面内温度差变大。但是,对此,如果将形成在电阻发热体的槽部形成为使其偏在于板状体的中心侧或偏在于外周侧,则可以将槽部对称性好地布置,从而可以将电阻发热体的发热领域以几乎均一的温度维持。
与本发明的另一个实施方式有关的加热器,其特征在于:电阻发热体沿着其长度方向形成,而且,具有向跟长度方向大致垂直的方向排列的由复数个槽部构成的群。因加热器的均热性变良好,而可以缩短升降温速度。
与本发明的另外的实施方式有关的加热器,其特征在于:复数个槽部中,一部分槽部的长度与其他槽部的长度不同。通过使形成在各领域的复数个槽中最后形成的槽的长度比其他槽短,从而可以微妙地调整各领域的电阻值。
而且,也可以形成为:复数个槽部中,使位于电阻发热体的宽度方向的外侧的槽部的长度与其他槽部的长度不同。如此形成的槽,在带的中心形成最初的槽,在其外侧以左右顺序形成,但是,最后的槽比其他槽更短地形成在其外侧,从而可以进行微细的电阻调整。
与本发明的另外的实施方式有关的加热器中,槽部的端部为圆弧状。因冷热循环而在电阻发热体上产生的热膨胀差而产生的裂缝的发生/伸展被抑止,因此可以防止上述电阻变化·异常发热·断线,而经久耐用。
上述加热器中,在槽部的端部中的圆弧状部分的直径为上述槽部宽度的0.5~3倍为宜。通过把槽部的圆弧状部分的直径成为槽部宽度的0.5~3倍,可以减少裂缝的发生而为宜。
而且,上述加热器中,在槽部的端部形成保护层为宜。这样可以抑止在槽部的端部中的裂缝的发生,从而其持久性也会更良好。
并且,与本发明的另外的实施方式有关的加热器,其中,电阻发热体沿着其长度方向以几乎相同的长度形成,而且,具有复数个向跟长度方向大致垂直的方向排列的由复数个槽部构成的群,相邻接的群之间的间隔小于上述电阻发热体的宽度。通过如此形成,电阻发热体带的左右的发热量的变化变小,而且间隔(Gg)部分成为以槽部分开的左右带的旁路(bypass),从而不发生电流的偏倚(bias)而发热变均一。另外,间隔(Gg)比上述带(Wh)的宽度(Wh)还大时,其各处(Gg)的发热量变小,而加热时其位置变成冷点(cool spot),从而由于晶片(W)的温度中只是其各处的温度降低,而整体的均热性就会变坏,因此群(g)和群(g)的间隔(Gg)比带的宽度(Wh)小为宜。
上述加热器中,上述相邻接的群之间的间隔为1mm以下为宜。如果是1mm以下,则可以防止电流的偏倚,同时可以减少发生冷点的可能性。
与本发明有关的加热器,其特征在于:上述槽部由激光加工而成。如果是激光,则形成高精密度的细槽部变为容易而为宜。
本发明涉及一种晶片加热装置,其特征在于:权利要求1所记载的加热器中,上述板状体的一侧的主面上设有复数个上述电阻发热体,另一侧的主面上设有装载晶片的装载面,而且设有向上述复数个电阻发热体独立供应电力的供电部和围绕该供电部的金属套;上述复数个电阻发热体由形成在上述板状体的中央部分的圆形的电阻发热体区域和在其外侧以同心圆状形成的复数个圆环状的电阻发热体区域构成;至少位于最外周的上述圆环状的电阻发热体区域,具有位于在上述同心圆中大致成等角的中心角的复数个直线上的复数个上述定位表示部。通过将上述加热器使用为晶片加热装置,可以以几乎相同的热量加热晶片的整个面,从而会提高晶片的特性。
本发明涉及一种晶片加热装置,其特征在于:权利要求4所记载的加热器中,上述板状体的一侧的主面上设有复数个上述电阻发热体,另一侧的主面上设有装载晶片的装载面,而且设有向上述复数个电阻发热体独立供应电力的供电部和围绕该供电部的金属套;上述复数个电阻发热体由形成在上述板状体的中央部分的圆形的电阻发热体区域和在其外侧以同心圆状形成的复数个圆环状的电阻发热体区域构成;至少位于最外周的上述圆环状的电阻发热体区域,具有位于在上述同心圆中大致成等角的中心角的复数个直线上的复数个上述凸部。
并且,本发明的第四发明涉及一种加热器的制造方法,该加热器具有板状体,和形成在该板状体的一侧主面上的电阻发热体,该电阻发热体具有复数个槽部,其特征在于包括:在上述板状体的一侧的主面形成有成为上述电阻发热体和上述槽部的位置决定基准的定位表示部的工序;测定上述电阻发热体一定区间的电阻值的工序;和将该测定的电阻值和所定电阻值相比,以上述定位表示部为基准,在上述电阻发热体的上述一定区间的一部分区间,由激光形成槽,以便使上述一定区间的电阻值成为上述所定电阻值的工序。
根据本发明,可以提供一种晶片的面内温度差为小到±0.3℃以下的功能优越的加热器。还可以提供一种制造收获率高、容易大量生产的、价格低廉的加热器。
在上述电阻发热体的电阻调整用槽的加工中,将槽部的端部为圆弧状,因冷热循环而在电阻发热体上产生的热膨胀差,而产生的裂缝的发生/伸展可以被抑止,因此可以防止上述电阻变化·异常发热·断线,而经久耐用。
而且,通过调整槽加工的加工输出和移动速度,槽加工时产生的裂缝的数设为对每一个加工槽为五个以下,从而可以防止上述电阻变化·异常发热·断线,而经久耐用。
而且,通过在槽加工的端部上形成保护层,而可以防止因冷热循环而在电阻发热体发生的热膨胀差,而产生的裂缝,从而发生的电阻变化·异常发热·断线。因此,经久耐用。
而且,在温度差甚大的冷却用空气喷嘴一带的电阻发热体上形成保护层,而防止因冷热循环在电阻发热体上发生热膨胀差而产生的裂缝和因空气流而产生的电阻发热体的浸蚀的电阻变化·异常发热·断线。因此,可以经久耐用。
附图说明
图1是本发明的加热器的截面图;
图2a,2b是表示本发明的加热器中定位表示部的图;
图3是本发明的加热器中的电阻发热体的放大图;
图4是本发明的加热器中的电阻发热体的放大图;
图5是表示本发明的加热器中的电阻发热体区域的图;
图6a是表示本发明的加热器中的电阻发热体区域的图,图6b是其部分的放大图;
图7是表示本发明的加热器中的电阻发热体带的一部分的放大图;
图8是本发明的加热器中的电阻发热体的截面图;
图9是本发明的加热器中的电阻发热体的截面图;
图10是传统的加热器中的电阻发热体的截面图;
图11是表示本发明的加热器中的形成在电阻发热体的槽部,图11a是使槽部偏在于板状体的中心侧的电阻发热体的平面图,11b是使槽部偏在于板状体的外侧的电阻发热体的平面图;
图12是表示在本发明的加热器的电阻发热体的带连续并行形成的槽部的平面图;
图13是本发明的加热器中的电阻发热体带的一部分截面斜视图;
图14是表示传统的槽部的一部分截面的斜视图;
图15是表示本发明的加热器中的电阻发热体的激光微调的一个例的斜视图;
图16是表示保护层的一个例的斜视图;
图17是表示本发明的激光加工装置的概略图;
图18是传统的加热器的截面图;
图19是表示传统的加热器中的电阻发热体的图;
图20是本发明的加热器中的电阻发热体的放大图;
图21是传统的加热器中的电阻发热体的放大图;
图22是传统的加热器中的电阻发热体的放大图;
图23是本发明的加热器中的电阻发热体的截面图;
图24是表示传统的加热器中的电阻发热体的图;
图25是本发明的加热器中的电阻发热体的放大图;
图26是表示本发明的加热器中的电阻发热体的平面图
具体实施方式
以下,详细说明本发明的具体实施方式。
图1是表与本发明的陶瓷加热器(1)有关的一个例的截面图。该陶瓷加热器(1)中,板状体(2)的一侧主面为装载晶片(W)的装载面(3),在另一侧主面上形成有电阻发热体(5),在该电阻发热体(5)电连接有供电部(6),在该供电部(6)连接有供电端子(11)。围绕这些供电部(6)的金属套(19),介入连接构件(17),固定在板状体(2)的另一侧主面的周边部。
而且,晶片起模针(lift pin)(25)通过贯通板状体(2)的孔,使晶片(W)上下移动,而可以把晶片(W)装在装载面(3)上或从装载面(3)卸下来。而且,由于在供电部(6)连接有供电端子(11),而可以从外部供应电力,从而可以一边用测温元件(27)测定板状体(2)的温度,一边加热晶片(W)。
而且,晶片(W),通过晶片支撑针(support pin)(8),以从装载面(3)浮的状态支撑,而可以防止因晶片(W)的片接触等的温度变化。而且,把电阻发热体(5)分割为复数个区域时,独立控制各区域的温度,从而在各供电部(6)的供电端子(11)供应电力,调整施加在供电端子(11)的电力,使各测温元件(27)的温度成为各设定值,从而使装载在装载面(3)的晶片(W)的表面温度成为均一。
本发明的陶瓷加热器(1),其特征在于:如图2a或2b所示,在板状体(2)表面设有电阻发热体(5),设有大致跟该电阻发热体(5)的带的长度方向平行的槽部(m),具有带的定位表示部(7)。如上所述,在电阻发热体(5)的至少一部分形成为了调整电阻值的槽部(m),而形成电阻调整部,调整电阻发热体(5)的发热量,从而可以使均热板(100)的温度均一,可以减小晶片(W)的面内温度差。而且,为了调整因从电阻发热体(5)带的部分的厚度偏差或宽度偏差产生的电阻差的微妙的发热量差,在电阻发热体(5)的带形成有槽部(m)。该槽部(m)是为了调整电阻发热体(5)带的微妙的尺寸偏差的,因此槽部的深度或宽度当然一定,但也有必要把电阻发热体(5)的带精密度高地形成在所定场所。如果以定位表示部(7)为基准形成槽部(m),则可以把槽部(m)精密度高地形成在带的所定场所。而且,已判明了通过电阻发热体(5)各部的发热量被调整,可以制造例如在晶片(W)表面的全领域上温度差为0.3℃以下的陶瓷加热器(1)。
而且,因为定位表示部(7)决定形成槽部(m)的位置,因此存在于槽部(m)端部的附近为宜。如果在如上所述的位置形成定位表示部(7),则槽部(m)的加工开始位置的精密度变高而为宜。更好是,形成长度为带的宽度的几十倍的槽部(m)时,定位表示部(7)在槽部(m)终端的另一侧端部的附近为宜。如果定位表示部(7)在另一侧端部的附近,则加工槽部(m)时,因为可以正确算出终端的位置,因此,槽部(m)的位置的相违(misalignment)的程度变小,可以正确调整带的各部的电阻。
而且,定位表示部(7),其特征在于:以不使用于电阻发热的导体形成在电阻发热体(5)的带上,该导体连接于上述带上。上述不使用于电阻发热的导体是:包括在电阻发热体(5)中,在电流密度为平均电流密度的1/10以下的领域中,跟沿着电流的流向成直角方向突出的部分等。
一般,槽部(m)是使用激光束而形成,为了将槽部(m)精密度高地形成在上述带的所定位置上,如果为了决定激光束的照射位置的定位表示部(7)连接于带,则定位表示部(7)成为与槽部(m)最靠近的位置,从而测定误差变小,可以有效地并位置精密度高地形成槽部(m)。定位表示部(7)尽量靠近于槽部(m)为宜,直接连接于带为更宜,而且,在于对发热特性无影响的部位为宜。如果有如上所述的定位表示部(7),则可以正确算出槽部(m)和电阻发热体(5)带的位置关系而为宜。
如到至今的传统的技术,如果没有定位表示部(7),则以板状体的外形为基准,或将电阻发热体的外形进行图像处理而决定位置。电阻发热体(5)的左右前后产生细微的相违或电阻发热体(5)产生的变形时,如果形成复数个槽部(m1、m2、m3..),则有可能槽部向带的外侧偏离或在所定的场所不能形成槽部(m),因而电阻调整有可能不充分。因此,即使实行电阻调整,晶片(W)的面内温度差可能性也不会变小。
例如,以板状体(2),使用板状陶瓷体,把板状陶瓷体的一侧的主面为装载晶片(W)的装载面(3),在其内部或另一侧的主面布置带状的电阻发热体(5),其带状的电阻发热体(5)的带,把圆弧状的带(5i,5j,5k,5m,5n,5o,5p)和返回的带(5q,5r,5s,5t,5u,5v)连续而形成电阻发热体(5)。还有,为了调整如上所述的电阻发热体(5)的各部的带的电阻,而形成槽部(m)。形成槽部(m)时形成定位表示部(7)为宜。定位表示部(7)在形成槽部(m)的带上,则以定位表示部(7)为基准,可以在带上有效地精密度高地形成槽部(m)而为宜。
并且,上述定位表示部(7)以从带状的电阻发热体(5)向侧方突出的凸部(7)形成为宜。电阻发热体(5)把导电性膏剂以丝网印刷等形成,之后,使用激光束而形成槽部,凸部(7)跟电阻发热体(5)相邻接而形成,从而可以提高位置精密度而为宜。凸部(7)的形状为四角形为宜。因为如果四角形,则可以把纵横2轴对准直线的外形边而可以当作基准,因此可以容易设定基准而为宜。而且,从上述带突出的大小为0.3~2mm、宽度为0.05~0.5mm为宜。大小为0.5~1.5mm、宽度为0.1~0.3mm为更宜。而且,上述凸部(7)的面积为0.015~1.0mm2为宜。如果在0.015mm2以下,则有可能难以以定位表示部(7)认识。还有,如果超过1.0mm2,则过大而有可能下降位置精密度。
在圆环上形成的圆弧状的电阻发热体(5)的带上连接形成有定位表示部(7),则以图像处理等特定定位表示部(7)时,沿着上述圆弧进行线扫描而可以容易地探测出定位表示部(7),把定位表示部(7)的宽度均匀地设置而可以及时认识定位表示部(7),因此可以特定从定定位表示部(7)的宽度的边和定位表示部(7)的顶边的位置,构成电阻发热体(5)的带的正确的位置。而且,从该定位表示部(7)对带,在正确的位置,可以形成槽部(m)。
而且,上述电阻发热器(5),以绝缘性组成物(52)和导电性组成物(51)的复合材构成,把电阻发热体(5)形成为上述槽部(m)的表面的导电性组成物(51)的密度比上述电阻发热体(5)的内部的导电性组成物(51)的密度小。
如图3所示,使形成在电阻发热体(5)上的槽部(m)的表面的导电性组成物(51a)的密度,小于上述电阻发热体(5)内部的导电性组成物(51)的密度,从而,槽部(m)的表面的比电阻的值,跟内部的比电阻的值比较而变大,流在槽部(m)的表面的电流变小。因此可以抑制微小裂缝的生长。
由激光束形成槽部(m)时,槽部(m)的表面发生微小裂缝,因此,向电阻发热器(5)反复通电时,微小裂缝就生长,产生电阻值的变化,而晶片(w)的面内温度差也变大,有可能很难维持均热性。但,使槽部(m)表面的导电性组成物(51a)的密度变小,而可以防止微小裂缝的生长。
为了使槽部(m)表面的导电性组成物(51a)的密度变小,如图4所示,使电阻发热体(5)的绝缘性组成物(52)的粒径大于导电性组成物(51)的粒径,从而使导电性组成物(51)的分散具有倾斜,或者,使用凝聚平均粒径为0.5~1.5□的导电性组成物(51)的膏剂而达到目标。使用如此凝聚的膏剂,形成电阻发热体(5),在该电阻发热体用激光形成槽部,适当地集合凝聚的导电性组成物(51),就能制作粒径大的导电性组成物。
使用上述导电性组成物(51)及绝缘性组成物(52)用激光形成槽部(m),则绝缘性组成物(52)及导电性组成物(51)就熔融,使其再凝聚,使槽部(m)表面的导电性组成物(51a),靠表面张力而成为如图3的大圆形为宜。因为制成圆形,可以缓解产生在导电性组成物(51a)和绝缘性组成物(52)的界面的热应力。
而且,上述圆形设定为,用扫描显微镜观察槽部表面的导电性组成物(51),向跟电阻发热体的表面成直角的方向换算的导电性组成物(51)的形状中,对导电性组成物(51)的外形,其外接圆和内接圆的直径(D1,D2)之差((D1-D2)/D2))×100为30%以内的圆形。
而且,本发明的陶瓷加热器(1),其特征在于槽部(m)表面的明度比电阻发热体(5)表面的明度小。
而且,其特征在于拍摄形成槽部(m)的电阻发热体(5)的金属显微镜照片,该槽部(m)的明度比没有槽部(m)的部分的电阻发热体(5)的明度小。
电阻发热体(5)的槽部(m)的表面,因导电性组成物(51)的密度小,而靠导电性组成物(51)的光的反射量也减小,跟没有槽部(m)的部分比较,明度降低。如果槽部(m)的明度小,则槽部(m)的表面电流比没有槽部(m)的电阻发热体(5)的表面变小,从而反复把电阻发热体(5)急速加热或冷却的温度循环,也不会发生从槽部(m)表面的裂缝,从而可以避免电阻发热体(5)的电阻的变化或断线,可以得到卓越的特性。
而且,槽部(m)表面的导电性组成物(51)的平均粒径为1~20□为宜。如此,使槽部(m)表面的导电性组成物(51)的粒径变大,而可以减少导电性组成物(51)的数量,从而可以使表面的密度变小而为宜。上述导电性组成物(51)的平均粒径在1□以下,则应力缓解效果变小,从而有可能产生从槽部(m)表面到电阻发热体(5)的内部增加裂缝的可能性。
而且,如果上述导电性组成物(51)的平均粒径在20□以上,则导电性组成物(51)的粒径就会过大,因此在导电性组成物(51)和绝缘性组成物(52)的界面,有可能产生裂缝。5~10□为更宜。
而且,在槽部(m)表面上的导电性组成物(51)的密度,靠把导电性组成物(51)所占的面积比率,从槽部(m)表面的反射电子显微镜照片图像解释等算出来。而且,在电阻发热体的内部的导电性组成物(51)的密度,靠把导电性组成物(51)所占的面积比率,从内部截面的反射电子显微镜照片图像解释等算出来。而且,上述导电性组成物(51)的平均粒径可以通过图像解释求出来。
而且,为了使上述槽部(m)的导电性组成物(51)的密度变小,如同上述,具有以多数导电性组成物构成(51)的,以导电性粒子围绕的绝缘性组成物(52)块为宜。因为如此具有绝缘性组成物块,则当以激光形成槽部(m)时,槽部(m)表面的导电性组成物(51a)的直径变大而可以降低其密度。
而且,导电性粒子可以利用金、铂、钯、铱、铑或银、铜、镍等金属。还有,它们的导电性粒子为球状,则与成为绝缘性组成物的玻璃粉末容易混合而为宜。绝缘性组成物为结晶化玻璃为宜,而且为在其至少一部分中含有包括Zn、B、Si的至少一种的结晶状为佳。玻璃中,使生成或分散的上述结晶状的种类有:例如,Zn2SiO4、Zn3B2O6、Zn3(BO3)2、Zn(BO2)2、SiO2等。
而且,导电性粒子的平均粒径为0.1~5□为宜。因为,如果该平均粒径在0.1□以下,则导电性粒子的粒子直径过小,而将导电性粒子与绝缘性组成物不能充分混合。而且,因为,如果平均粒子直径超过3□,则导电性粒子的热膨胀系数比绝缘性组成物大,而界面的热应力过大,因此有导电性组成物被热应力破坏的可能性。
而且,导电性粒子的平均粒子直径,可以以电子显微镜拍摄1500倍SEM照片,画上两条30□长度的直线,把该直线横断的导电性粒子的长度以横断的数除而算出来。
而且,由绝缘性组成物构成的块的平均粒径为3~100□为宜。如果平均粒径在3□以下,则有对导电性组成物和板状陶瓷体的热应力的耐久力降低的可能性。而且,如果超过100□,则块过大,使导电性组成物的电阻,部分增大,在导电性组成物通电时,发热量有可能部分增大。
而且,由绝缘性组成物构成的块的平均直径为,从反射电子显微镜照片,选择由导电性粒子围绕的领域,但,把短径为导电性粒子直径的3倍以上的领域,认为绝缘性组成物块,而在1500倍反射电子显微镜照片画上70□直线,把该直线横断的块的总长度以横断的数除而算出来。
而且,绝缘性组成物块,将热膨胀系数比绝缘性组成物大的粒子内在为宜。因为,如上所述,块中包含粒子,则在与块的界面有张应力(tensile stress)作用,而可以增大块的强度。而且,如果该粒子的粒子直径为块的直径的0.1倍左右以下,则增大块的强度的效果大而为宜。
而且,因为激光微调一般在大气中进行,以包含在电阻发热体(5)中的导通成分,使用具有良好耐热性和耐酸化性的贵金属Pt或Au,或者使用以这些合金为主成分的为宜。为了提高和绝缘层的紧贴性及电阻发热体本身的烧结性,以电阻发热体(5),混合30~70重量%的玻璃成分为宜。
图5a表示位于板状体(2)的外周部的上述电阻发热体(5)由同心圆状的扇形的电阻发热体(5)区域和中心部的同心圆状的复数个电阻发热体(5)区域构成。只要是可以把全部装载面(3)均一加热的电阻发热体区域状即可。而且,图5b是表示为了改善均热性,把电阻发热体(5)分割为由周边部4个、中心部4个电阻发热体区域构成的共8个电阻发热体区域的图。
图6表示由图5b表示的8个电阻发热体区域构成的电阻发热体(5)的一例。
可以把某一个电阻发热体(5)以宽度为1~20mm厚度为5~80□,以丝网印刷法形成。而且,电阻发热体区域的形状设计为:以带状电阻发热体的带的中心线为基准,使晶片(W)的面内温度差小。
本发明的陶瓷加热器(1),其特征在于:如图7所示,大致跟电阻发热体(5)的带的长度方向平行,构成以长度相同的复数个槽部(m1,m2...)构成的群(G),上述的群(G)在带的宽度方向的中央部。在此,群(G)在电阻发热体(5)的带的中央部,如图8所示,表示群(G)的宽度方向的中心在上述带的中央,更具体地说,意味着群(G)的宽度方向的中心在以宽度方向4等分的领域的中央的2个领域内,总而言之,在小于中央部50%的范围内。
如上所述,至少在电阻发热体(5)一部分形成由槽部(m)构成的群(G),从而形成电阻调整部,可以调整电阻发热体(5)的发热量,因此可以使均热板(100)的温度均一,可以减小晶片(W)的面内温度差。
图7表示本发明的群(G1、G2、G3)的一个列。而且,图8表示图7的X-X线截面图。
在跟如图9的电阻发热体(5)的长度方向垂直的截面图,以群(G)分割的电阻发热体(5)的两侧的电阻发热体(5a、5b)的截面面积几乎成为相同。即,电阻发热体(5a、5b)的电阻值几乎成为相同。因此在电阻发热体(5a、5b)的宽度方向成为左右大约均等的发热量,形成群(G),而即使调整电阻发热体(5)的部分的电阻值的偏差,电阻发热体(5)的带的宽度方向的中心线,从设计位置也不大改变,在设计的电阻发热体(5)的电阻发热体区域上,形成槽部而电阻调整,可以均一地加热均热板(100),从而可以减小晶片(W)的面内温度差。
另外,如图8或图10,群(G)的宽度方向的中心,从电阻发热体(5)的宽度方向的中央相违时,在电阻发热体(5)的带的截面面积大的面流大电流,而该部分容易发热。因此,在电阻发热体(5)的带的宽度方向,崩溃左右的发热平衡而在宽度方向产生温度差,可是电阻发热体(5)的带,对在板状体(2)上以同心圆状形成的圆弧状的带,从板状体(2)的中心,在外侧或内侧中的某一个形成槽部的的群(G),而可以以板状体(2)为中心对称加热,从而可以减小晶片(W)的面内温度差。
而且,大致跟电阻发热体(5)的带的长度方向平行,构成以长度相同的复数个槽部(m1,m2..)构成的群(G),在上述带设有复数个上述群(G),上述群(G1)和群(G2)的间隔(Gg)比上述宽(Wh)小为宜。
因为电阻发热体(5)以丝网印刷形成,在电阻发热体(5)形成时,带的厚度对设计厚度,随着场所而变化。因此在板状体(2)的设定电阻和实际的电阻发热体(5)的带的各部分的电阻值发生偏差。所以,为了修正带的各部分的电阻值的偏差,形成槽部(m)为有效,但,把带细微地分割而把槽部(m)以必要的数量形成,以便使分割的带的电阻值接近于设计电阻值。但是如果分割的数增多,则槽部(m)的形成或电阻测定需要时间,而效率显著恶化。因此,分割的数根据板状体(2)的形状或发热体区域的形状,分割为数十个。还有,对应于该分割的带,形成以连续的槽部(m)构成的群(G)为宜。而且,区域和区域之间形成群(G1)和群(G2)的间隔(Gg)为宜。形成间隔(Gg),而在间隔(Gg)连接电阻测定用的端子,或容易、正确地测定区间的电阻,而电阻的调整变容易。还有,因为可以调整陶瓷加热器(1)的加热面整个面的发热量,而减小晶片(W)的面内的温度差变为容易而为宜。
并且,群(G1)和群(G2)的间隔(Gg)比电阻发热体(5)的带的宽度(Wh)小为宜。如此进行,可以防止因间隔(Gg)的带而产生的发热量的降低,而产生的晶片(W)的面内温度差而为宜。
另外,上述间隔(Gg)比上述带的宽度(Wh)大时,因为该各处(Gg)的发热量减小,而加热时其各处变成冷点,而晶片(W)的温度,只在该各处降低,从而整体的均热性变坏。因此,群(G)和群(G)的间隔(Gg)比带的宽度(Wh)小为宜。而且,为了把由这些槽部(m)构成的群(G),沿着电阻发热体(5)的带,以优秀的位置精密度形成,在这些群(G)和群(G)的之间形成有定位表示部(7)为宜。以定位表示部(7)为基准,对槽部(m)或群(G)的带的宽度方向的位置精密度变高,从而可以减小晶片(W)的面内温度差。
而且,带的宽度为1~3mm,则上述槽部(m)的群(G)和群(G)的间隔为1mm以下为宜。如果为1mm以下,则可以防止上述电流的偏倚,同时可以减少发生冷点的可能性。
并且,上述槽部(m)由激光束加工为宜。激光束可以正确地控制光束的口径,口径可以在5~100□之间使用。30~60□为宜。激光束,例如可以使用YAG激光。以波长为1.06□、脉冲频率为1KHz、激光输出为0.1~2W、加工速度为1~20mm/sec照射而加工槽部(m)为宜。
而且,如图6所示,在电阻发热体(5)由复数个电阻发热体区域构成时,各个可以独立加热的电阻发热体(5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h),在其外侧形成定位表示部(7)为宜。特别,在各电阻发热体(5)的周围,从板状体(2)的中心等角的位置形成定位表示部(7),则在定位表示部(7)的位置分割各电阻发热体(5),调整各电阻值而可以微调整电阻发热体区域内的电阻分布,从而可以形成把晶片(W)的面内温度差调整到0.3℃以内的很小的范围内的晶片加热装置而为宜。
并且,群(G)的宽度(Wg)在电阻发热体(5)的带的宽度(Wh)的90%以内为宜。因为:一般,细微复杂的电阻发热体(5),以丝网印刷法形成,而以丝网印刷法形成的电阻发热体(5)的截面面积,如图9所示,电阻发热体(5)的带的宽度的左右5%的领域的厚度变变小。而且,虽然以激光束等形成槽部(m),但是槽部(m)的大小根据激光束的输出和照射时间决定,从而,因一般在槽部(m)加工中,输出或照射时间不会改变,而槽部(m)的深度几乎成为相同。因此,在除了周边部的厚度小的领域的电阻发热体(5)的带的宽度90%以内的位置上形成槽部(m)时,没有槽部(m)贯通电阻发热体(5)的可能性,在槽部(m)的底部发生裂缝的可能性也少而为宜。但是,如果超过电阻发热体(5)的带的宽度的90%形成槽部(m)时,因在电阻发热体(5)的两端的膜厚度薄的位置形成槽部(m),从而,槽部(m)贯通电阻发热体(5)或激光束照射在板状体(2)上,而有可能发生微小的裂缝。
而且,上述微小的裂缝发生,在陶瓷加热器(1)反复加热·冷却,则因晶片(W)表面的温度差变大而有可能均热性变坏。最恶的情况,板状体(2)有可能被破坏。
并且,构成上述槽部(m)的群(G)的各槽部(m1、m2..)的深度为该槽部(m)的宽度(Wm)的20%~75%的范围为宜(槽部深度/槽部宽度=20%~75%)。因为如果未满20%,则由一个槽部(m)的形成而产生的电阻值的变化小,而电阻值的调整范围也变小,因此难以减小晶片(W)的面内温度差。
而且,槽部(m)的深度超过宽度(Wm)的75%,则因激光的第一脉冲的能源大而在电阻发热体(5)的底部发生微小裂缝,进行反复加热·冷却,则微小裂缝生长,产生电阻发热体(5)的电阻值的变化,电阻值变化,则因晶片(W)的面内温度差变大而有可能不能维持均热性。
而且,本发明的陶瓷加热器(1),其特征在于:如图11a所示,该电阻发热体(5)具有跟长度方向大致平行的复数个槽部(m),而且使槽部(m)偏在于板状体(2)的中心侧(板状体的半径方向内侧)。或者,如图11b所示,其特征在于:使上述槽部(m)偏在于板状体(2)的外周侧(板状体的半径方向外侧)。把调整电阻值的槽部(m)形成在电阻发热体(5)的不规则的位置,则即使把电阻发热体(5)对板状体(2)的表面对称性好地布置,也随着槽部(m)的位置而电阻发热体(5)的发热领域会微妙的变化,从而晶片(W)的面内温度差也变大。
对此,使在电阻发热体(5)上形成的槽部(m)偏在于板状体(2)的中心侧,或外周侧,则可以把槽部(m)对称性好地布置,而可以把电阻发热体(5)的发热领域维持几乎均一的温度,因此可以使晶片(W)的面内温度差成为0.3℃以内。
在此,使槽部(m)偏在于板状体(2)的中心侧或外周侧意味着:比电阻发热体(5)的长度方向的中心线更接近上述中心侧形成槽部(m),或接近上述外周侧形成槽部(m)。而且槽部(m)的宽度为电阻发热体(5)的带的宽度(短的方向)的一半以上,则因槽部(m)横跨上述中心线而违背上述的规定,但是,在这种情况中,偏在的方向设为多占在电阻发热体(5)上的槽部(m)的面积的侧。而且,在下面也会详细地说明,槽部(m)构成群(G)时也进行同样的思考方式既可。
而且,本发明的发热器(1),其特征在于:跟电阻发热体(5)的带的长度方向几乎平行,且具有向上述带成直角的方向连续的复数个槽部(14)。如图12所示,在电阻发热体(5)并列形成复数个槽部(14),而可以效地扩大电阻的调整范围。向电阻发热体(5)的带成直角的方向形成有连续的复数个槽部(14),则因为槽部(14)各按宽度方向连接而可以对带的宽度进行最大限度的电阻调整。因为如此形成可以大大调整电阻发热体(5)的带的电阻值,对应大型的晶片(W)的面内,形成在板状体(2)的装载面(3)的电阻发热体(5)的整个面,调整到所定的电阻值,因此可以把晶片(W)的面内温度差成为±0.2℃或±0.1℃以内的很小的程度。
因为电阻发热体(5)以丝网印刷法形成,微观观察,则有厚度和宽度的偏差,成为多孔的组织,因此把槽部加工到可以调整电阻的程度为止,则用激光加工的槽部(14)的底部有可能发生裂缝,因此该裂缝到达绝缘层(4)或板状体(22)而因加热冷却时的热冲击而可以到达绝缘层(4)或板状体(22)。如同专利文献8,在开始激光加工时激光照射后开始激光的移动的情况或在激光加工结束时减速而停止的情况,在槽部加工的深度方向的激光的照射能量变大,而在槽部重叠的部分很深地形成,激光达到绝缘层(4)而产生绝缘破坏,或从电阻发热体(5)的槽部(14)的底部产生多数的裂缝(17),因加热冷却的循环而电阻发热体(5)的电阻大为变化,有可能发展为异常发热、断线。
所以,本发明的陶瓷加热器(1)的电阻发热体(5),如图13所示,在形成电阻发热体(5)的带的长度方向成直角的截面上,复数个槽部(14)的表面形成光滑的凹凸面为宜。复数个槽部(14)的表面形成光滑的凹凸面,则可以抑制从槽部(14)到电阻发热体(5)裂缝的伸展或发生而为宜。而且,可以缓解因槽部(14)的加工的加工变形而产生的电阻发热体(5)内部的应力,从而可以防止裂缝的伸展或发生。而且因为可以防止裂缝,而可以防止在裂缝部分发生的异常发热,而可以提高均热性。这是因为:如本发明,由激光对槽部(14)进行加工时,在跟上次的照射位置部分重叠的位置上,使进行下次照射,则槽部(14)之间的电阻发热体(5)就熔融,而有除去靠上次的激光加工而产生的裂缝的效果。为了形成如此的槽部(14),有必要把激光的加工输出和加工速度调整为适当的程度。把激光振荡器和移动激光的可动镜同步进行,激光照射一次后,移动可动镜,在上次的照射位置部分重叠的位置上,使下次照射进行。然后控制激光照射,而形成各槽部(14),并连续地形成复数个槽部(14)为宜。
如图14所示,如果槽部(44)和槽部(44)不连续而离距设置时,在槽部和槽部之间产生连续的梯形状壁(45),在该梯形状壁(45)容易产生裂缝而急速加热或冷却电阻发热体(5),则这梯形状壁(45)就脱落而晶片(W)的面内温度差有可能变大而不大为宜。
而且,上述连续的复数个槽部(14)中,一部分槽部(14)的长度与其他的相异为宜。为了把加热大型的板状体(2)的整个面的电阻发热体(5),在整个面调节发热量,把电阻发热体(5)分割成50~200程度的领域,形成槽部(14)以便使该分割的领域的电阻值入到所定的值里,调整各分割领域的发热量而可以调整使晶片(W)的整个面的温度差变小。如此的分割领域的电阻值是形成槽部(14)的,使其成为预先决定的电阻值的。但是,因为靠直接接触触针而测定各分割领域的两端的电阻而形成槽部(14),因为一边激光加工一边侧定电阻值,因此激光加工部分的温度上升状态的电阻值,随着其电阻发热体(5)的温度系数相异,但是因为比常温的电阻值变大,而调整到所定的电阻值,也有可能在常温电阻值微妙不同的可能性。因此,边测定电阻发热体(5)的电阻值,边形成复数个槽部(14),使接近于所定的电阻值的状态下,停止激光的照射,把电阻发热体(5)以常温冷却后,测定电阻发热体(5)的电阻值,跟所定的电阻值相比较,最后形成槽部(14),而可以把各领域的电阻值调整为精密度高。而且形成在各领域的复数个槽部(14)中的最后形成的槽部(14)可以使长度比其他槽部(14)短,从而可以更微妙地调整领域的电阻值,因此可以使晶片(W)的表面温度差变小而为宜。而且,为了调整各领域的电阻值,形成比其他的短的槽部(14),而电阻调整后再次停止激光的照射,把电阻发热体(5)的温度回复到常温的状态下测定电阻,从而形成为了进行更细微的电阻调整的所定长度的槽部(14)为宜。如此调整各领域的电阻值而可以细微调整各领域的电阻值,可以使晶片(W)的面内温度变小而为宜。
而且,连续的复数个槽部(14)的外侧的槽部(14)的长度比别的槽部(14)的长度小为宜。这是因为把槽部(14)形成在带的中心,则电阻发热体(5)的全体的对称性变化的可能性小而为宜。而且是因为:如此的槽部(14)在带的中心形成最初的槽部(14),在其外侧以左右的顺序形成,此时最后的槽部(14)比别的槽部(14)短得形成在其外侧,从而可以达到细微的电阻调整。
而且,本发明的陶瓷加热器(1),其特征在于:电阻发热体(5),如图15所示,具有跟带的长度方向几乎平行的槽部(14),而且,该槽部(14)的端部为圆弧状。
上述圆弧状,其特征在于:因使槽部(14)的端部形状的曲率半径加大,在应力缓解的条件,因此从端部很难发生裂缝。这时,沿着端部前端的圆弧的直径为槽部宽度的0.5~3倍,则裂缝发生的可能性少而为宜。而且,上述圆弧状是以形成槽部(14)宽度的两个外形线连结的闭曲线表示,该闭曲线是把上述圆弧状的直径用上述两个外形线的端部间距离而画的圆弧。更详细地说,上述直径可以以最小平方法等算出来。
另外,因电阻发热体(5)以丝网印刷法形成,因此从微观观察,存在厚度偏差,因而有必要在电阻发热体(5)实施槽部加工调整电阻值。在该槽部加工使用激光为宜。在此,在槽部的端部上的激光扫描速度大,则槽部的端部以锐角尖锐,而有可能在电阻发热体(5)发生裂缝。但是,把激光的脉冲光束和加工位置同步进行,如果同步进行,把激光的一个脉冲光束照射的时间照射位置不相违,则可以把槽部的端部以圆弧状形成光滑的形态,因此没有在槽部的端部上集中热应力的现象,消除了发生裂缝的可能性而为宜。
以下,详细说明本发明的陶瓷加热器(1)的制造方法。
本发明的陶瓷加热器(1),由激光形成槽部(14)后,测定形成该槽部(14)的电阻发热体(5)的电阻值,跟所定的电阻值比较后,为了使上述电阻发热体成为所定的电阻值而由激光沿着上述槽部(14)形成新的槽部(14)为宜。测定由激光形成槽部(14)的电阻发热体(5)的电阻值,具有跟所定的电阻值作比较的比较仪,由激光沿着上述槽部(14)形成新的槽部(14),以便使成为所定的电阻值为宜。如此测定由激光形成槽部(14)的电阻发热体(5)的电阻值,把该电阻值用比较仪比较,如果未成为所定的电阻值时,则再次由激光沿着上述槽部(14)形成新的槽部(14),以便使成为所定的电阻值,从而可以使各领域的电阻值入到所定的电阻值里,而可以使晶片(W)的面内温度差更变小而为宜。
而且,包括一边测定电阻发热体(5)两端的电阻值,一边由激光形成槽部,而粗调上述电阻值的工序;不把激光照射在上述电阻发热体(5)的状态下测定上述电阻值的工序;为了使成为所定的电阻值,而再次沿着上述槽部(14)形成比上述槽部(14)短的槽部(14)的工序为宜。一边测定电阻发热体(5)的两端的电阻值,一边连续形成槽部(14),以便使成为所定的电阻值,则可以在短时间内加工槽部(14)而为宜。但是,一边照射激光一边进行电阻测定,则因为电阻发热体的一部分在加热而电阻发热体(5)的电阻有可能测定为大,而不能以正确的精密度调整电阻。所以,为了更细微正确地调整电阻,停止激光照射,形成槽部(14)后测定电阻发热体(5)的电阻值为重要,而且,该电阻值,在常温测定更为重要。如同前述,在照射激光的状态下,因电阻发热体的温度部分提高,而测定的电阻值有可能变大,因此很难正确测定电阻值。但,停止激光照射后,把电阻发热体(5)的温度设为常温而测定电阻而可以求出更正确的电阻值。详细地说,把该激光的照射停止的时间为100ms左右,则电阻发热体(5)的温度就可回复为常温,从而可以测定正确的电阻值。而且,根据该正确的电阻值,而形成把槽部(14)的长度调整为短的槽部(14),而可以实施细微的电阻调整。
以下,更详细地说明关于靠电阻发热体的激光微调(laser trimming)工序。
由激光的加工量,以输出和加工部分的照射时间的乘积而决定,因此把加工速度改变,则整体的加工量也改变。更详细地说,该槽部(14)的加工是使用激光波长为1.06□的YAG激光,把微调速度设定为5~20mm/sec而实施的。输出为约0.5W,圆点(spot)直径约60□。由激光的加工,其中,在绝缘层(4)上加工电阻发热体(5)时,调整激光的输出形成的槽部(14)的深度为电阻发热体(5)的厚度的2/3左右为宜。例如,把激光输出调整为使电阻发热体(5)完全贯通,则因为电阻发热体(5)的厚度有偏差,因此在电阻发热体(5)的厚度薄的位置,激光有可能达到绝缘层(4),而绝缘层(4)有可能产生绝缘破坏。而且,把激光输出调整为使电阻发热体(5)向厚度方向薄地加工槽部(14),则因为可以以激光加工调整的电阻值的范围变小,而加工的槽部(14)的数量增加,在激光加工工序所需的时间变长,从而工作效率也会降低。
本发明的激光微调,预先把带状的电阻发热体(5),每所定长度,以4端子法测定电阻值,运算而求出跟目标的电阻值的差。把求出的差每部位输入到激光微调装置中。如图17所示,为了装载具有可动镜(29)的激光振荡器(25)和具有带状电阻发热体(5)的板状体(2)的可动桌,把从激光振荡器发射的激光,往电阻发热体(5)的带,照射跟目标的电阻值的差分,在上述形成槽部(14)的工序中,在固定桌介入可动镜(29),照射激光,而可以形成带状的槽部(14)。使用激光的波长为1.06□的YAG激光,圆点直径为约60□。在本发明的激光加工,事先规定1点(point)可照射的照射时间,例如规定脉冲的次数。这是因为:有必要以如同上述贯通电阻发热体(5),以不会破坏绝缘层(2)的力量,设定激光加工条件。在此,如果激光的照射时间,输出,可动镜(29)的时间相违,则激光对一处长时间照射而在槽部(14)的底面周围产生多数的裂缝,或因把激光照射着移动,因此槽部(14)的加工底面深而成锐角的情况也有。而且电阻发热体(5)的构成成分改变,则此加工条件也改变。在这里,激光振荡器(25)的脉冲激光和可动镜(29)的旋转同步进行,激光照射一次后,移动可动镜(29),使照射在跟上次加工场所部分重叠的场所里,而控制下次激光照射为宜。
激光加工位置和加工长度,事先以X、Y轴的坐标数据、进行角度数据、距离数据登记,把板状体(2)放在可动桌(34)上,把未图示的对准位置用点的坐标,用相机(26)读出,从而决定加工开始位置/停止位置。
从激光振荡器(25)振荡的激光,介入控制成照射在加工位置上的可动镜(29),在板状体(2)上的电阻发热体(5)上加工槽部(14)。因为从介入可动镜而照射的激光的到达距离,加工面积受限制,所以在可动桌(34)上把板状体(2)顺次移动,在板状体(2)上的电阻发热体(5)的带的全体,加工槽部(14),而调整电阻值。例如,根据跟目标的电阻值的差,测定着电阻值照射激光,而每所定长度切断电阻发热体而形成复数个槽部。成为所定的电阻值为止,数次再次实施电阻值的调整,因而,本发明的陶瓷加热器(1),其特征在于:连续的复数个槽部的一部分槽部的长度不同,而且这些连续的复数个槽部的外侧的槽部的长度比其他槽部的长度短。因此,反复靠加工和测定的确认,可以把电阻值偏差的积算最小程度的抑止。
电阻调整的板状体(2),洗净后,跟其他构件合起来而组合成陶瓷加热器(1)。施加可以使板状体(2)全体的温度1分钟内成为350℃的电压,维持3分钟后,以6kg/mm3,80L/min的气体,加上每两分钟强行冷却到40℃以下的冷热循环5000次,而调查了形成前后槽部(14)的带的部分的电阻值变化。此时的电阻变化,与初期值比较,5%以内的为可实用,但超过5%的不大实用。电阻变化超过5%时,产生局部的发热,而陶瓷加热器(1)的均热会崩溃。而且,因电阻发热体(5)的电阻值的变化,而陶瓷加热器(1)的输出平衡被破坏以外,而且在装载晶片(W)时,产生晶片(W)加热不均一。
而且,如图1所示,因为把供电部(6)和导通端子(7)的连接手段,靠弹性体(8)押压,因此可以把因板状体(22)和支持体(11)的温度差的两者的膨胀差以接触部分的滑动而缓解,从而可以对使用中的热循环,做良好的晶片加热装置(1)。
而且,把这些晶片加热装置(1)以抗蚀膜形成用使用时,使用作为板状体(2)的氮化物为主成分的材料,则跟大气中的水分等反应,产生氨气,劣化抗蚀膜,因此在这种情况下,以板状体(2),使用以碳化硅或碳化硼等碳化物构成的为宜。而且,这时,有必要在烧结辅助剂不包括跟水反应有可能形成氨气或胺的氮化物。
使用碳化物或氮化物等陶瓷,把电阻发热体以同心圆状分割形成的复数个模式,由激光,以形成槽部的微调,调整电阻。装载使用在此通电而加热的陶瓷加热器的晶片加热装置的半导体制造装置,加热·干燥等抗蚀膜的处理时间短,而且加热温度精密度的向上和晶片处理时间缩短,而实现了装置运转费的节减,可以在晶片(W)上高密度形成细微的配线。
而且,把槽部(m)的端部以圆弧状形成的陶瓷加热器(1)的制造方法,其中,激光加工开始时,加快激光移动速度加工时,因为激光已照射的状态移动,因此槽部加工端部(15)的圆弧的直径未满槽部宽度的0.5倍,因此在此状态下反复进行通电加热和强行冷却,则电阻发热体(5)的膨胀收缩应力集中在槽部的端部,而从槽部的端部产生裂缝(17),而电阻被改变。并且,最终有可能发生异常发热、断线。并且,同样,在激光加工结束之前也发生。
因此,为了形成上述圆弧状的槽部加工端部(15),有必要适当对准激光加工输出和加工速度,但是使激光振荡器和移动激光的可动镜同步进行,激光的脉冲光照射一次后,移动可动镜,使在上次照射位置部分重叠的各处上实施下次照射,控制成使照射下次激光为宜。
而且,激光加工时,对激光照射部喷射空气等气体,总把喷射的气体吸收为宜。这是因为加工时发生的烧损烟气、加工尘埃而激光反射镜的表面被污染,从而激光的输出,圆点直径等改变的结果,槽部加工端部(15)的圆弧的直径成为槽部宽度的0.5倍以下,在此状态下反复进行通电加热、强行冷却,则电阻发热体(5)的膨胀收缩应力集中在槽部的端部,从而从槽部的端部产生裂缝(17),电阻变化,有可能发生异常发热·断线。
而且,如同专利文献9,激光微调之前,靠研磨进行电阻发热体的厚度调整时,由于电阻发热体包含玻璃质,因此因研磨而多孔各处以具有裂缝的空孔形成,电阻变化,有可能发生异常发热·断线。
在此,虽然把激光输出以参数说明了微调,但是由激光的加工量以输出和加工部分的照射时间的乘积决定,因此,如果改变加工速度,则总体上加工量也变化。还有,这次评价使用了激光波长为1.06□的YAG激光,微调速度设置为2□20mm/sec而进行实施的。输出为约0.5W,圆点(spot)直径约50□。
在于由激光加工,加工绝缘层(4)上的电阻发热体(5)的时候,调整激光的输出而形成的槽部(14)的深度为电阻发热体(5)的厚度的1/4~5/6左右为宜。例如,如果把激光输出调整为使电阻发热体(5)完全贯通,则因电阻发热体(5)有厚度偏差,而在电阻发热体(5)的厚度薄的各处,激光达到绝缘层(4),而有可能产生绝缘层(4)的绝缘破坏。而且,如果把激光输出调整为使电阻发热体(5)向厚度方向上薄地加工槽部(14),则以激光加工调整的电阻值范围变小,而有必要增加加工槽部(14)数量,因而进行激光加工工序所需的时间变长,工作效率会降低。
而且,加工槽部时,在电阻发热体(5)上不让发生裂缝(17)为宜,但是发现了如果把在电阻发热体(5)往槽部加工方向产生的裂缝(17)的数量控制为加工槽部的端部每一个各处为5个以下,则可以维持良好的耐久性。6个以上时,电阻变化大,而有可能对微小的温度变化无法应许。而且,从耐久评价上看,把裂缝(17)的长度为100□以下为宜。
而且,如图16所示,本发明的晶片加热装置(1),如果在电阻发热体(5)上的槽部加工端部(15)形成保护层(16),则产生抑止裂缝(17)的进行的效果,而耐久性更加良好。
而且,如图1所示,在热冲击最严重的空气喷出口(12)附近一带的上述电阻发热体(5)上也形成保护层(16),则成为耐久性更加优秀的陶瓷加热器。这是因为:可以防止因热冲击而产生的裂缝(17),同时也可以防止被高压的空气流的电阻发热体(2)的侵蚀。而且,电阻发热体(5)的一部分为没有保护层(16)覆盖而露出为宜。这是因为,电阻发热体(5)被露出,则冷却时介入空气,而可以从电阻发热体(5)放出热量。并且,电阻发热体(5)的一部分是指从难以受到空气喷出口(12)的冷却效果的保护层(16)露出的部分。
在本发明的激光加工,事先规定1点可照射的照射时间,例如规定脉冲的次数。这是因为:有必要以如同上述贯通电阻发热体(15),以不会破坏绝缘层(4)的力量,设定激光加工条件。在此,如果激光的照射时间,输出,可动镜(29)的时间相违,则激光对一处长时间照射而在加工端部(15)的周围产生多数的裂缝,或因把激光照射着移动,因此加工端部(15)的加成锐角情况也有。而且电阻发热体(15)的构成成分改变,则此加工条件也改变。
在这里,激光振荡器(18)的脉冲激光和可动镜(29)的旋转同步进行,激光照射1次后,移动可动镜(29),使照射在跟上次加工场所部分重叠的场所里,而控制下次激光照射为宜。
而且,激光加工位置和加工长度,事先以X、Y轴的坐标数据、距离数据登记,把板状体(2)放在可动桌(20)上,把未图示的对准位置用点的坐标,用图像探测装置读出,从而决定加工开始位置/停止位置。而且,在可动桌(20)的上部,激光加工时总具有气体喷射口(21)和给排气(23),除去激光照射面的烧损烟气或加工尘埃等垃圾。这是为了防止因加工时产生的烧损烟气、加工尘埃而可动镜(29)的表面被污染而产生的激光输出的改变。
而且,如果没有构成给排气,则因加工时产生的烧损烟气、加工尘埃而激光反射镜的表面被污染,从而激光的输出,圆点直径等改变的结果,槽部加工端部(15)的圆弧的直径未满槽部宽度的0.5倍,在此状态下反复进行通电加热、强行冷却,则电阻发热体(5)的膨胀收缩应力集中在槽部的端部,从而从槽部端部产生裂缝(17),电阻变化,而有可能发生异常发热·断线。
从激光振荡器(18)振荡的激光,介入控制成照射在加工位置上的可动镜(29),在板状体(2)上的电阻发热体(5)上加工槽部(14)。因为从介入可动镜而照射的激光的到达距离,加工面积受限制,所以用可动桌(20)把板状体(2)顺次移动,在板状体(2)上的电阻发热体(5)的带的全体,加工槽部(14),而调整电阻值。
激光加工工序,以以下顺序进行。预先把带状的电阻发热体(5),每所定长度测定电阻值,把跟目标的电阻值的差,以数据输入到激光加工机中。根据上述数据,测定电阻值,四舍五入电阻值,而进行电阻值调整。
电阻调整的板状体(2)洗净后,跟其他部件合起来组合成陶瓷加热器(1)。而且,碳化硼质烧结体,对主成分的碳化硼,以烧结辅助剂,混合3~10重量%的碳,在2000~2200℃热压(hot press)烧成而得烧结体。
而且,氮化硼质烧结体,对主成分的氮化硼,以烧结辅助剂,混合30~45重量%的氮化铝和5~10重量%的稀土类元素氧化物,在1900~2100℃热压烧成而得烧结体。
并且,形成板状体(2)的氮化铝质烧结体,对主成分的氮化铝,以烧结辅助剂,混合Y2O3或Yb2O3等稀土类元素氧化物和根据需要添加CaO等的碱土类金属氧化物而充分混合,以平板状加工后,在氮气中以1900~2100℃烧成而得。
而且,以碳化硼质烧结体,对主成分的碳化硼,以烧结辅助剂,混合3~10重量%的碳,在2100~2200℃热压烧成而得烧结体。
并且,形成板状体(2)的氮化硅质烧结体,对主成分的氮化硅,以烧结辅助剂,把3~12重量%的稀土类元素氧化物和0.5~3重量%的Al2O3和以包含烧结体里的SiO2量混合SiO2,使成为1.5~5重量%,在1650~1750℃热压烧成而得烧结体。在此表示的SiO2量,是包含在氮化硅原料中的不纯物氧气生成的SiO2、包含在其他添加物不纯物的SiO2和包含气氛气体的影响而有意添加的SiO2的总合。
而且,板状体(2)的温度,靠在板状体(2)埋入其前端的热传偶(10)而测定。以热传偶(10),在其应许性和维持工作性的观点上,使用外径为1.0mm以下的护套(sheath)型热传偶(10)为宜。而且,为了不使对埋入在板状体(2)的前端部施加力量,热传偶(10)的中间部被支撑在支撑部(7)的板状结构部(13)上。该热传偶(10)的前端部,为了提高测温的信赖性,而在板状体(2)形成孔,靠在这里面设置的圆筒状的金属体的内壁面弹簧部件而押压固定为宜。
并且,以抗蚀膜形成用使用这些晶片加热装置(1)时,以板状体(2),使用以氮化物为主成分的材料,则因为与大气中的水分等反应而产生氨气而劣化抗蚀膜,因此,此时,以板状体(2),使用由碳化硅或碳化硼等的碳化物构成为宜。
而且,这时,有必要在烧结辅助剂不包含有与水反应而有可能形成氨或胺的氮化物。靠此,可以在晶片(W)上,以高密度形成细微的配线。
另外,把碳化硅质烧结体以板状体(2)使用时,以在具有半导电性的板状体(2)和电阻发热体(5)之间维持绝缘的绝缘层(4),可以使用玻璃或树脂。在此,使用玻璃时,其厚度未满100□,则因耐电压在1.5kV以下,而不能维持绝缘性,反过来,其厚度超过600□,则因与形成板状体(2)的碳化硅质烧结体的热膨胀差过大,而发生裂缝,不再以绝缘层(4)作用。因此,以绝缘层(4)使用玻璃时,绝缘层(4)的厚度形成为100□~600□的范围为宜,形成为200□~350□的范围为更宜。
形成该绝缘层(4)的玻璃的特性,似晶质或非晶质任一种都可以,适当选择使用耐热温度为300℃以上而且在0℃~300℃的温度域的热膨胀系数,对构成板状体(2)的陶瓷的热膨胀系数,在-5~+5×10-7/℃范围中的为宜。即,是因为使用热膨胀系数脱离上述范围的玻璃,则因与形成板状体(2)的陶瓷的热膨胀差过大,而在玻璃的烧成后的冷却时容易发生裂缝或剥离等的问题。
把绝缘层(4)以玻璃形成时,把玻璃粉末跟适当的粘合剂(binder)、分散剂和有机熔剂混合、混练而制成膏剂而使用为宜。
其次,在绝缘层(4)上使用树脂时,其厚度未满30□时,因为耐电压在1.5kV以下,所以不能维持绝缘性,同时,以激光在电阻发热体(5)形成槽部(14)时,有可能损坏绝缘层(4),而且因该瑕疵而不能以绝缘层(4)作用。反过来,其厚度超过为150□时,树脂的烧成时发生的熔剂或水分的蒸发量增多,而在与板状体(2)之间产生被称为泡泡的泡沫形的剥离部,因该剥离部的存在而热传达变坏,而装载面(3)的均热化就受阻碍。因此,以绝缘层(4)使用树脂时,绝缘层(4)的厚度形成为30□~150□的范围为宜,形成为60mm~150mm的范围更佳。
而且,靠树脂形成绝缘层(4)时,考虑300℃以上的耐热性和与电阻发热体(5)的紧贴性,使用聚酰亚胺树脂、Polyimidamid树脂、聚酰胺树脂等为宜。
而且,把以玻璃或树脂构成的绝缘层(4)附着在板状体(2)上的手段,把上述玻璃膏剂或树脂膏剂适当滴在板状体(2)的中心部,以旋涂法均匀地扩张涂布或以丝网印刷法,浸渍法,喷雾法等均一地涂布后,把玻璃膏剂,在800℃,把树脂膏剂,在400℃以上的温度下烧成为好。而且,以绝缘层(4)使用玻璃时,事先把以碳化硅质烧结体或氮化铝烧结体构成的板状体(2),在1200℃左右的温度加热,氧化处理附着绝缘层(4)的表面,从而可以提高与以玻璃形成的绝缘层(4)的紧贴性。
而且,在电阻发热体(5)上形成的保护层(16)由结晶化玻璃构成,至少其一部包含至少包含Zn、B、Si中一种的结晶相为宜。在玻璃中生成或分散上述结晶相的种类,比如可以举出Zn2SiO4、Zn3B2O6、Zn3(BO3)2、Zn(BO2)2、SiO2等。
保护层(16),防止冷却气体直接喷射到电阻发热体(5)上,同时这些的结晶相因把玻璃层细分为细微的块(block),因此防止因格里菲思流动(Griffith flow)的裂缝的生长,而可以提高玻璃本身的强度。结果,在没有保护层(16)的,把在2000循环左右以50℃~350℃的反复耐久试验中断线的电阻发热体(5)的寿命,可以延长到20000循环。而且,包含结晶相的玻璃相,适当地添加Pb、B、Bi、Sb等而可以降低烧成温度。
结晶化玻璃的方法,例如有:先把玻璃层熔融生成后,把该玻璃层在结晶核生成温度附近维持一小时左右,充分生成结晶核后,升温至结晶生成温度,而把玻璃结晶化的办法。
测定靠结晶化而生成的结晶的量为较难,但由测定玻璃的明度(L*),而可以间接测定结晶化的程度。结果,设定至少玻璃的透明感消失的程度,即明度(L*)设定为40以上,则可以达到良好的结晶化而为宜。
而且,保护层(16)的明度(L*)测定,根据JIS Z 8729(L*a*b*表色系),以分光分析仪测定明度(L*)。
生成的结晶层为针状结晶时,靠纤维强化提高保护层(16)的强度,可以抑止裂缝的发生。而且,即使在玻璃中发生微小的裂缝,也可以期待生成的结晶停止裂缝的进展的效果。
在保护层(16)使用的玻璃,可以在700℃左右的低的温度烧成,而且有必要热膨胀率对板状体(2)的热膨胀系数在0.5~1.5×10-6/℃的范围内。一般,玻璃的热膨胀率和玻璃的烧成温度的关系有负相关,而要把热膨胀系数降低,则烧成温度变高,要把烧成温度降低,则热膨胀系数变高。因而,同时把热膨胀系数和烧成温度达到目标的为非常难。
所以,例如,把如Zn2SiO4、Zn3B2O6、Zn3(BO3)2、Zn(BO2)2、SiO2的低热膨胀系数的结晶相在玻璃中析出或分散,把外观的玻璃的热膨胀系数降低为宜。并且,PbO、B2O3、Bi2O3、Sb2O3为哪一侧,则不是结晶化,而是残留在玻璃中,而降低熔点的效果。而且,它们的成分是不把玻璃的热膨胀系数增大而降低烧成温度的功能的成分。而且,对玻璃中的结晶相,特别是不只局限于从玻璃相被析出的,也使用把如同上述的结晶在玻璃中混合而进行烧成处理,而使它们在玻璃中混在的手法。
低热膨胀系数的结晶相,也有像β-锂霞石(eucryptite)具有负的热膨胀系数的结晶相,但是因为此结晶相,在结晶中包含的Li离子,因施加在电阻发热体(5)的电压而移动,又可能对耐久性引起影响,因此使用除了β-锂霞石以外的结晶层为宜。
而且,含有在保护层(16)的玻璃中的结晶相的鉴定,以X线衍射(理学电气社制造)鉴定。并且,玻璃的转移点及软化点的测定,使用示差扫描热量分析仪,提高温度的同时测定热的出入,把基线的最初的吸热转换部分的渐近线的交点设定为玻璃转移点,把其次出现的缓慢的发热高峰的两侧的渐近线的交点设定为软化点。
而且,上述保护层(16)的热膨胀系数,对板状体(2)的热膨胀系数,成-0.5~+2.0×10-6/℃的范围为宜。这是因为,本发明以由陶瓷构成的板状体(2)的一侧的主面为晶片装载面(3),在另一侧的主面上以此顺序设有以氧化膜和玻璃构成的绝缘层(4),在该绝缘层(4)上设有电阻发热体(5),在该电阻发热体(5)上设有保护层(16),因此,绝缘层(4)、电阻发热体(5)及保护层(16)的热膨胀系数跟板状体(2)越接近,就能在50℃~350℃的反复耐久试验中延长寿命。
特别,板状体(2)为碳化硅时,发现出保护层(16)的热膨胀系数为3.4~6.9×10-6/℃,则能把在50℃~350℃的反复耐久试验中的寿命延长到200000循环。
而且,使保护层(16)的玻璃部分的软化点低于形成绝缘层(4)的玻璃的转移点,而可以得到更强固的保护层(16)和绝缘层(4)的接合强度,能把在50℃~350℃的反复耐久试验中的寿命延长到220000的循环以上。
并且,以使保护层(16)的玻璃部分的软化点设定为在电阻发热体(5)中包含的玻璃软化点以下,从而可以把保护层(16)的烧成温度设定为比电阻发热体(5)的烧成温度低,从而可以抑止在电阻发热体(5)中侵入保护层(16)的玻璃成分。靠此可以抑止烧成时的电阻变化量,从而可以制作以成为半导体制造装置用的陶瓷加热器的代表的需要均一的温度分布的陶瓷加热器。而且,抑止在电阻发热体(5)中侵入保护层(16)的玻璃成分,从而电阻发热体(5)的金属成分和玻璃成分的均一的分散状态就可以维持,而可以防止在50℃~350℃的反复耐久的寿命的劣化。
而且,保护层(16)的膜厚度设定为10~500□的范围内为宜。在保护层(16)的膜厚度未满10□时,在保护层(16)的表面上发生以针孔为代表的外观不良。还有,保护层(16)的膜厚度超过500□时,特别因为玻璃的热传导率低,所以从板状体(2)的急速升降温来看不太适宜。
而且,保护层(16)以包含上述结晶化玻璃等的粉末成膏剂状,以丝网印刷法而可以适当形成。
以下,详细说明关于本发明的陶瓷加热器(1)的其他的构成。形成在板状体(2)的内部或主面的带状电阻发热体(5)的形态,如图11所示,把具有几乎相同的线宽度的圆弧状的带(5i~5p)和返回的小圆弧状的带(5q~5v),连续而大约构成为同心圆状。即,电阻发热体(5)由几乎以等间隔布置、以便大约构成同心圆的、半径相异的圆弧状的带(5i~5p)和向半径方向邻接的圆弧状的带(5i~5p)各连接而形成串连回路的返回的小圆弧状的带(5q~5v)构成,以圆弧状的带(5i、5j)的端部为供电部(6)。因此,圆弧状的带(5i)和圆弧状的带(5j),圆弧状的带(5k)和圆弧状的带(5m),圆弧状的带(5n)和圆弧状的带(5o),及圆弧状的带(5p)设置为各构成圆,因在各圆以同心圆状设置,所以发热电阻发热体(5),则可以把装载面(3)的温度分布,从中心向周围边缘部,以同心圆状分布。
而且,因为把向半径方相邻接的圆弧状的带(5i、5j)和圆弧状的带(5k、5m),圆弧状的带(5k、5m)和圆弧状的带(5n、5o),圆弧状的带(5n、5o)和圆弧状的带(5p)的距离(L4、L5、L6),各以几乎相同的间隔设置,所以可以使在各圆弧状的带(5i~5p)上的每单位体积的发热量相同,从而,可以抑止在装载面(3)上的半径方向的发热不均匀。
并且,位于同一圆周上的一对返回的小圆弧状的带(5q)和返回的小圆弧状的带(5r)、返回的小圆弧状的带(5s)和返回的小圆弧状的带(5t)、返回的小圆弧状的带(5u)和返回的小圆弧状的带(5v)的各距离(L1、L2、L3),对应于向半径方向邻接的圆弧状的电阻发热体区域(5i~5p)之间的各距离(L4、L5、L6)而变小为重要。
即,为了提高载置面(3)的均热性,不仅是圆弧状的带(5i~5p),而且在返回的小圆弧状的带(5q~5v)的单位体积的发热量也有必要相同,一般位于同一圆周上的一对返回的小圆弧状的带(5q~5v)之间的距离(L1、L2、L3),设计为向半径方向邻接的圆弧状的带(5i~5p)间的距离(L4,L5,L6)成为相同的距离,但是,如此的电阻发热体区域形状,因为圆弧状的带(5i~5p)和返回的小圆弧状的带(5q~5v)的返回部(P5)周边的发热密度变小,而返回部(P5)外侧的温度降低,而晶片(W)的面内温度差变大,从而均热性会损坏。对此,本发明将位于同一圆周上的一对返回小圆弧状的带(5q~5v)间的各距离(L1、L2、L3),设为比向半径方向邻接的圆弧状的带(5i~5p)之间的各对应的距离(L4,L5,L6)小,而返回部(P5)的发热量,以相对的返回的小圆弧状的带(5q~5v)的发热而补充,能抑止在返回部(P5)的温度降低,使装载在装载置面(3)上的晶片(W)的面内温度差变小,而可以提高均热性。
尤其,将位于圆周上的一对返回的小圆弧状的带(5q~5v)间的距离(L1、L2、L3),以向半径方向邻接的圆弧状的带(5i~5p)间的各对应的距离(L4、L5、L6)的30%~80%,则最能提高载置面(3)的均热性。L1、L2、L3各为对应的L4、L5、L6的40~60%为更宜。
而且,本发明的电阻发热体(5)由圆弧状的带(5i~5p)和返回的小圆弧状的带(5q~5v)构成,与传统的矩形的返回的电阻发热体相比,在边缘部作用过大的应力的可能性较小,而且即使将陶瓷加热器(1)的温度急剧地上升或降低,板状体(2)和电阻发热体(5)损坏的可能性也小,从而能提供信赖性高的陶瓷加热器(1)。
并且,上述电阻发热体(5)埋设于上述板状陶瓷体时效果大,同时,在板状体(2)他方的主面设置带状的电阻发热体(5)时也有同样的效果。尤其是,如果在他方的主面形成带状的电阻发热体(5)时在其电阻发热体(5)上面形成有外套的绝缘膜时,防止板状体(2)或电阻发热体(5)损坏的效果大而为宜。
而且,上述电阻发热体,其特征在于:由可以以同心圆状独立加热的复数个发热体构成,同心圆状的最外周的电阻发热体的带和其内侧的带的间隔,比除了上述最外周的独立的电阻发热体的电阻发热体的同心圆状的带的间隔小。如此形成电阻发热体(5),而从板状体(2)的外周部放散更多的热补充变为容易,而可以防止晶片(W)面周边的温度降低而更为宜。
同时,本发明的陶瓷加热器(1),对应与晶片(W)的载置面(3),分割成同心圆的3个圆环状的电阻发热体区域(4)为宜。为了均一加热圆盘状的晶片(W)的表面,而晶片(W)周边的气氛气体或对抗于晶片(W)的墙面或气体的流动是受影响,但,为了使圆盘状的晶片(W)的表面温度不产生偏差,设计成:晶片(W)的周围或上面的对抗面或气氛气体的流动对晶片(W)成为中心对称。为了均一加热晶片(W),需要对晶片(W)中心对称的对准上述环境的陶瓷加热器(1),将载置面(3)以中心对称分割而形成电阻发热体区域(4)为宜。
尤其是,为了均一加热300mm以上的晶片(W)的表面温度,同心圆的圆环状的电阻发热体区域为3个为宜。
图5a表示本发明的电阻发热体区域(4)。电阻发热体区域(4),在板状体(2)一侧的主面设有复数个电阻发热体区域(4),在中心部设有圆形的电阻发热体区域(4a)、在其外侧的同心圆的3个圆环内具有电阻发热体区域(4b、4cd)和电阻发热体区域(4eh)。为了改善晶片(W)的均热性,与4个电阻发热体区域对应分割电阻发热体(5)。
同时,本发明的上述陶瓷加热器(1)的中心部的电阻发热体区域(4a)的外径(D1)为外周部的电阻发热体区域(4eh)的外径(D)的20~40%,其外侧的电阻发热体区域(4bc)的外径(D2)为外周部的电阻发热体区域的外径(D)的40~55%,最外周的电阻发热体区域的内径(D3)为最外周的电阻发热体区域的外径(D)的55~85%,则可以减小晶片(W)的面内温度差而为宜。
而且,外周部的电阻发热体区域(4eh)的外径(D)是,从在板状体(2)的另一侧的主面平行的投影面看,围绕构成上述电阻发热体区域(4eh)的电阻发热体(5eh)的外接圆的直径。而且,同样,电阻发热体区域(4b)的外径(D2)是,外接于构成上述电阻发热体区域(4b)的电阻发热体(5b)的圆的直径。并且,D3为,内接于电阻发热体(5cd)的圆的直径。而且,外接圆,除了连接于供电部的电阻发热体的突出部,沿着同心圆状的圆弧而可以求出。
因为外径(D1)未满D的20%时,中心部的电阻发热体区域(4a)的外径太小,因此,即使增大电阻发热体区域(4a)的发热量,电阻发热体区域(4a)中心部的温度不上升,而又可能中心部的温度也下降。而且,外径(D1)超过40%,因中心部的电阻发热体区域(4a)的外径过大,而提高中心部的温度时,电阻发热体区域(4a)的周边部的温度也上升,有电阻发热体区域(4a)的周边部的温度变更高的可能性。并且,外径(D1)为D的20~30%为宜,将外径(D1)为D的23~27%为更易,从而使晶片(W)的面内温度差变得更小。
而且,外径(D2)未满外径(D)的40%时,因为陶瓷加热器(1)周边部容易冷却,因此,为了防止晶片(W)周边的温度的降低而增大电阻发热体区域(4cd)的发热量时,靠近晶片(W)中心的电阻发热体区域(4cd)内侧的温度变高,而晶片(W)的面内温度差有可能变大。并且,外径(D2)超过外径(D)的55%时,即使为了防止晶片(W)周边的温度的降低而增大电阻发热体区域(4cd)的发热量,电阻发热体区域(4cd)的温度也上升,但是,晶片(W)周边的温度的降低的影响达到电阻发热体区域(4b),而电阻发热体区域(4b)外侧的温度有可能减小。外径(D2)为外径(D)的41%~53%为宜,43~49%为更宜,晶片(W)的面内温度差变得更小。
并且,外径(D3)未满外径(D)的55%时,因为陶瓷加热器(1)周边部容易冷却,因此,为了防止晶片(W)周边的温度的降低而增大电阻发热体区域(4eh)的发热量时,靠近晶片(W)中心的电阻发热体区域(4eh)内侧的温度变高,有晶片(W)的面内温度差有可能变大。并且,外径(D3)超过外径(D)的85%时,即使为了防止晶片(W)周边的温度的降低而增大电阻发热体区域(4eh)的发热量,电阻发热体区域(4eh)的温度也上升,但是,晶片(W)周边的温度的降低的影响达到电阻发热体区域(4cd),而电阻发热体区域(4cd)外侧的温度有可能减小。外径(D3)为外径(D)的65%~85%为宜,67~70%为更易,晶片(W)的面内温度差变得更小。
并且,如上所示,可以知道,由复数个电阻发热体(5)构成的陶瓷加热器(1),可以补正周围环境产生的左右前后微妙的不对称性、或对称的发热体的厚度偏差,同时也可以减小晶片(W)的面内温度差。
图5b,表示本发明的陶瓷加热器(1)的电阻发热体区域(4)的一个例子。在3个圆环状的电阻发热体区域(4b、4cd、4eh)中,最内侧的电阻发热体区域(4b)为由圆环组成的电阻发热体区域(4b),其外侧的电阻发热体区域(4cd)为把圆环向圆周方向2分的2个扇形的电阻发热体区域(4c、4d),其外侧的电阻发热体区域(4eh)为把圆环向圆周方向4分的4个扇形的电阻发热体区域(4e、4f、4g、4h),如此构成可以使晶片(W)的表面温度均一而为宜。
上述陶瓷加热器(1)的各电阻发热体区域(4a~4g)可以独立发热,与各电阻发热体区域(4a~4g)对应,设有电阻发热体(5a~5g)为宜。
但是,区域(4a)和区域(4b),如果陶瓷加热器(1)的也可以成为外部环境的设置位置没有频繁的变更,则以并列或串联连接,可以以一个电路控制。如此构成是因为:区域(4a和4b)之间能设定所定的间隔,而可以设置贯通把晶片(W)抬起来的起模针的贯通孔为宜。
而且,圆环状的电阻发热体区域(4cd、4eh)各向放射方向2分、4分,但不只局限于这些。
图5b的电阻发热体区域(4c、4d)的境界线是直线,但是,不需要必为直线,也可以为波线,电阻发热体区域(4c、4d)对同心圆的发热体区域的中心,中心对称的为宜。
同样,电阻发热体区域的(4e和4f、4f和4g、4g和4h、4h和4e)的各境界线也不需要必为直线,也可以为波线,对同心圆的发热体区域中心,中心对称为宜。
用印刷法等制造上述的各电阻发热体(5),电阻发热体(5)的带以1~5mm的宽度、5~50□的厚度形成为宜。一次印刷的印刷面增大,则因在印刷面的左右或前后挤压力(squeeze)与丝网之间的压力的差而产生印刷厚度不一定的可能性。尤其是,电阻发热体(5)的大小增大,则电阻发热体(5)左右前后的厚度不同,因此有可能产生设计的发热量偏差。发热量产生偏差,则晶片(W)的面内温度也增大而不太适宜。为了防止从该电阻发热体的厚度的偏差产生的温度偏差,分割由一个电阻发热体构成的外径大的各电阻发热体(5)为有效。
所以,因为除了晶片(W)载置面(3)的中心部的同心圆环状的电阻发热体区域(4cd)左右2分,把更大的圆环状的电阻发热体区域(4eh)4分,而在电阻发热体区域(4)的电阻发热体(5)印刷大小可以减小,所以,可以把电阻发热体(5)各部的厚度均一,而且也可以补正晶片(W)前后左右的微妙的温度差而可以使晶片(W)的表面温度均一。而且,为了更加微调整各电阻发热体(5)的带的电阻,沿着电阻发热体,用激光等形成长的槽部(m),而调整电阻值而为宜。
而且,如图6所示的电阻发热体(5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h)的电阻发热体区域由各返回的电阻发热体区域构成。
并且,本发明的陶瓷加热器(1),为在板状体(2)一侧的主面设有电阻发热体(5)的陶瓷加热器(1),如图6所示,位于板状体(2)的外周部的上述电阻发热体(5e、5f、5g、5h),从板状体(2)中心离远的部位由成同心圆状的圆弧状的带(51)和与这些连续相连的连结电阻发热体区域的小圆弧状的带(52)构成为宜。在上述电阻发热体(5)供应电力的供电部(6)和围着该供电部(6)的金属套(19)组成,在上述板状体(2)的另一侧的主面设有晶片加热面,从他方的主面并行的投影面看,上述电阻发热体(5)外接圆(c)的直径(D)成为上述板状体(2)直径(DP)的90~97%为宜。
电阻发热体(5)的外接圆(c)的直径(D)比板状体(2)直径(DP)的90%小,则使晶片急速升温或急速降温的时间变大,而晶片(W)的温度应许特性下降。而且,为了不降低晶片(W)周边部的温度而把晶片(W)的表面温度均一加热,使直径(D)为晶片(W)的直径的1.02倍左右为宜。因此,对晶片(W)的大小,板状体(2)的直径(DP)变大,能均一加热的晶片(W)的大小和板状体(2)直径(DP)相比而变小,从而对加热晶片(W)的投入电力加热晶片(W)的加热效率变坏。并且,因板状体(2)增大,而晶片制造装置的设置面积变大,而对有必要以最小的设置面,进行最大的生产的,半导体制造装置的设置面积下降了运转率,因此不太适宜。
电阻发热体(5)的外接圆(c)的直径(D)比板状体(2)直径(DP)的97%大,则,接触构件(17)和电阻发热体(5)外周之间的间隔小,而热从电阻发热体(5)的外周部不均一地往接触构件(17)流,尤其,从不存在接于外周部的外接圆(c)的圆弧状电阻发热体区域(51)的部分也流热,因外周部的圆弧状电阻发热体区域(51)向板状体(2)中心部弯曲,而沿着围绕电阻发热体(5)的外接圆(c),圆弧状电阻发热体区域(51)的脱落部分(P)的温度降低,从而可以晶片(W)的面内温度差变。电阻发热体(5)的外接圆(c)的直径(D)为板状体(2)的直径(DP)的92~95%为更易。
而且,如图1所示,板状体(2)和金属套(19)的外径为几乎相同,把板状体(2)用金属套(19)从下面支撑时,为了减小晶片(W)的面内温度差,电阻发热体(5)的外接圆(c)的直径(D)为板状体(2)直径(DP)的91~95%为宜,为92~94%为更易。
并且,在本发明的陶瓷加热器(1)中,如图6所示,具有跟电阻发热体(5)外接圆(c)相接的圆弧状电阻发热体区域(51)和作为与该圆弧状的带(51)连续相连的连结电阻发热体区域的小圆弧状的带(52),在上述外接圆(c)的一部没有上述圆弧状的电阻发热体区域的空白域(P)的间隔(L1),比上述板状陶瓷体的直径(DP)和上述外接圆(c)的直径(D)之的差(以下,简称LL)小为宜。间隔L1比LL大,则空白域(P)的热向板状陶瓷体的周边部流去而空白域(P)的温度又可能下降。但是,间隔L1比LL小,则空白域(P)的温度难以下降,从而装载在板状体(2)载置面(3)的晶片(W)周边部的一部温度不下降、晶片(W)的面内温度差变小为宜。
为了不使上述空白域(P)的温度下降,需要提高空白域的温度,同样或稍微加大加热空白域的连结电阻发热体区域(52)的电阻而增大发热量,则空白域(P)的温度下降的可能性小,而晶片(W)的面内温度变成均一而适意。用印刷法等制作的电阻发热体(5)为面形状时,连结电阻发热体区域的小圆弧状的带(52)的线宽(Ws)比圆弧状电阻发热体区域(51)的线宽(Wp)小1~5%,从而使连结电阻发热体区域(52)的电阻变大,连结电阻发热体区域的小圆弧状的带(52)的温度比圆弧状电阻发热体区域(51)提高,而能使晶片(W)的面内温度成为均一。
而且,将板厚为1~7mm的板状体(2)一侧的主面侧,为装载晶片的装载面(3)的同时,在上述板状体(2)下面具有电阻发热体(5)的陶瓷加热器(1)中,使上述电阻发热体(5)厚度为5~50□。并且,在平行于上述板状体(2)主面的投影面看,对于围绕上述电阻发热体(5)的外接圆(c)的面积,在上述外接圆(c)内所占的电阻发热体(5)的面积比率为5~30%为宜。
即,对围绕电阻发热体(5)的外接圆(c)的面积,在外接圆(c)内所占的的电阻发热体(5)的面积比率设为未满5%,则因对向电阻发热体(5)的相对向领域,也成对向领域的对向间隔的L1,L2,..变得过大,而对应于没有电阻发热体(5)的间隔(L1)的装载面(3)的表面温度与其他部分比较减小,而难以使装载面(3)的温度均一。反过来,对于围绕电阻发热体(5)的外接圆(c)的面积,在外接圆(c)内所占的电阻发热体(5)面积比率超过30%,则即使使板状体(2)和电阻发热体(5)之间的热膨胀差接近于2.0×10-6/℃以下,因两者之间起作用的热应力太大,而板状体(2)虽然以难以变形的陶瓷烧结体构成,但是使发热电阻发热体(5),从其板厚(t)为1mm~7mm的薄的开始发热,则有可能装载面(3)侧成为凹陷的程度发生板状体(2)的弯曲。结果,晶片(W)中心部的温度比周围边缘小,而有可能使温度偏差变大。
而且,对于围绕电阻发热体(5)的外接圆(c)的面积,在外接圆(c)内所占的电阻发热体(5)的面积比率为7%~20%,更具体为8%~15%为宜。
更具体地说明,电阻发热体(5)具有在外周部相对抗的对抗领域,上述对抗领域的间隔(L1)为0.5mm以上,上述板状体(2)板厚度的3倍以下为宜。在上述对向领域的间隔(L1)在0.5mm以下,印刷而形成电阻发热体(5)时,在电阻发热体(5)的对抗领域发生胡须状的突起,而又可能该部分短路。而且,上述对向领域的间隔(L1)超过板状体(2)厚度的3倍,则在对应于对向领域(L1)的晶片(W)表面发生冷区域(cool zone),而又可能使晶片(W)的面内温度差变大。
并且,为了效率地体现如此的效果,电阻发热体(5)膜厚度为5~50□为宜。
电阻发热体(5)膜厚度在5□以下,则难以使电阻发热体(5)以丝网印刷法使膜厚度均一地印刷,而且电阻发热体(5)厚度超过50□,则对外接圆(c),即使电阻发热体(5)所占的面积比率为30%以下,也因为电阻发热体(5)厚度大,电阻发热体(5)的强性大,而板状体(5)因温度的变化对电阻发热体(5)伸缩的影响而有可能使板状体(2)变形。并且,因为用丝网印刷以难以以均一的厚度印刷,而有可能晶片(W)表面的温度差变大。所以,电阻发热体(5)厚度为10~30□为宜。
图1是表示与关于本发明有关的晶片加热装置的一个例子的截面图,将由板厚(t)为1~7mm,100~200℃的杨氏模量(Young’s modulus)为200~450MPa的陶瓷构成的板状体(2)的一侧的主面,为装载晶片(W)的装载面(3)的同时,在另一侧的主面上形成电阻发热体(5),在该电阻发热体(5)具有电连接的供电部(6)。
100~200℃的杨氏模量为200~450MPa的板状体(2)材料,可以使用氧化铝、氮化硅、赛伦(Sialon)、氮化铝,其中尤其是氮化铝因具有50W/(m·K)以上,而且,100W/(m·K)以上的高热导率,同时,对氟系或氯系等的腐蚀性气体的耐蚀性或耐等离子性也卓越,而以板状体(2)材料为宜。
板状体(2)厚度,为2~5mm为更宜。板状体(2)厚度比2mm还薄,则板状体(2)强度就消除,因此由电阻发热体(5)的发热而加热时,喷射气体喷射口(24)等的冷却空气时,难以忍受对冷却时的热应力,而又可能在板状体(2)发生裂缝。而且,板状体(2)厚度超过5mm,则板状体(2)的热容量增大,因而加热及冷却时,到温度成为稳定为止,有可能时间变长。
板状体(2),在有底面的金属套(19)的开口部的外周贯通螺栓(16),为了不使板状体(2)和有底面的金属套(19)直接接触,介入环状的接触构件(17),从有底面的金属套(19)侧介入弹性体(18),用螺母(20)螺丝附着,而有弹性地固定。靠此,在板状体(2)的温度变动时,即使有底面的金属套(19)变形,也通过上述弹性体(18)吸收,由此抑止板状体(2)的弯曲,从而可以防止在晶片表面发生因板状体(2)的弯曲而发生的温度偏差。
环状的接触构件(17)的截面为多角形或圆形,任一种都可以,但是在板状体(2)和接触构件(17)以平面接触时,如果板状体(2)和接触构件(17)连接的接触部的宽度为0.1mm~13mm,则板状体(2)的热可以介入接触构件(17)而减少有底面的金属套(19)的流量。而且,因为晶片(W)面内的温度差小而可以使晶片(W)均一地加热。0.1mm~8mm为更宜。接触构件(17)的接触部的宽度为0.1mm时,与板状体(2)接触固定时接触部被变形,接触构件有可能破坏。还有,接触构件(17)的接触部的宽度超过13mm时,板状体(2)的热流到接触构件,而板状体(2)的周边部的温度降低,因此难以均一地加热晶片(W)。接触构件(17)和板状体(2)的接触宽度为0.1mm~8mm,设定为0.1mm~2mm为更宜。
而且,接触构件(17)的热传导率比板状体(2)的热传导率小为宜。如果接触构件(17)的热传导率小于板状体(2)的热传导率,则可以均一地加热装载在板状体(2)的晶片(W)的面内温度分布,同时把板状体(2)的温度提高或降低时,因为与接触构件(17)的热传达量小,而与有底面的金属套(19)的热的干涉小,从而可以容易迅速地改变温度。
接触构件(17)的热传导率小于板状体(2)的热传导率的10%的陶瓷加热器(1),板状体(2)周围的热,难以流到金属套(19),热从板状体(2)到有底面的金属套(19),因气氛气体(在这里是空气)的传热或辐射热,流的热增多,反而效果低。
接触构件(17)的热传导率比板状体(2)的热传导率大时,板状体(2)周边部的的热,介入接触构件(17)而流到有底面的金属套(19)中,从而加热有底面的金属套(19),并且板状体(2)的周边部的温度降低,而晶片(W)面内的温度差变大而不大适宜。而且,因为有底面的金属套(19)被加热,而即使要从气体喷射口(24)喷射空气而冷却板状体(2),也因有底面的金属套(19)的温度高,而冷却时间变大或以一定的温度加热时,达到一定温度为止所需要的时间有可能变大。
另外,构成上述接触构件(17)的材料,为了维持小的接触部,接触构件的杨氏模量为1GPa以上为宜,10GPa以上为更宜。以如此的杨氏模量进行,而接触部的宽度小到0.1mm~8mm,即使把板状体(2)在有底面的金属套(19)介入接触构件(17)由螺栓(16)固定,也没有接触构件(17)的变形,从而板状体(2)位置不会相违或平行度不会变化,因此可以维持好精密度。
而且,如专利文献2所记载,可以达到以由添加氟系树脂或玻璃纤维的树脂构成的接触构件得不到的精密度。
上述接触构件(17)的材料,因由铁或碳组成的碳钢或添加镍、锰、铬的特殊钢等的金属的杨氏模量大而为宜。而且,热转导率小的材料,为不锈钢或Fe-Ni-Co系合金的所谓的科瓦铁镍钴合金为宜,选择接触构件(17)的材料以便使比板状体(2)的热传导率小为宜。
而且,接触构件(17)和板状体(2)之间的接触部小,而且,虽然接触部小,但是因为由接触部的缺损而发生粒子的可能性小,而可以维持稳定的接触部,所以以与板状体(2)垂直的面切断的接触构件(17)的截面,圆状比多角形更适宜,把截面的直径为1mm以下的圆状的电线,以接触构件(17)使用,则板状体(2)和有底面的金属套(19)的位置不变,可以把晶片(W)的表面温度均一且迅速地升降。
其次,有底面的金属套(19)具有侧壁部(22)和底面(21),板状体(2)设置为覆盖有底面的金属套(19)的开口部。而且在有底面的金属套(19)中形成有为了排出冷却气体的孔(23),设置有为了往板状体(2)的电阻发热体(5)供电的供电部(6)导通的供电端子(11)、为了冷却板状体(2)的气体喷射口(24)、为了测定板状体(2)的温度的热电偶(27)。
而且,有底面的金属套(19)的深度为10~50mm,底面设置在从板状体(2)离10~50mm的距离为宜。设定为20~30mm更佳。这是因为:由板状体(2)和有底面的金属套(19)相互的辐射热而装载面(3)的均热化变容易,并且,有与外部的绝热效果,因此装载面(3)的温度达到一定、均匀的温度位置所需的时间变短。
并且,由在有底面的金属套(19)内以自有升降设置的起模针(25),进行把晶片(W)装载在装载面(3)上或从装载面(3)举起等的操作。而且,晶片(W),由晶片支撑针(8),从装载面(3)抬起的状态支持,而防止因片接触等的温度偏差。
并且,为了由此陶瓷加热器(1)加热晶片(W),把以搬送臂(未图示)搬运到装载面(3)上方的晶片(W),以起模针支撑后,使起模针(25)下降而把晶片(W)装载在装载面(3)上。
其次,以抗蚀膜形成用使用陶瓷加热器(1)时,如果板状体(2)的主成分为碳化硅,则因为没有与大气中的水分反应而发生气体,因此,即使在晶片(W)上的抗蚀膜的接合上使用,也没有对抗蚀膜的组织起恶影响,可以高密度形成细微的配线。这时,在烧结辅助剂不包含与水反应而有可能形成氨或胺的氮化物。
并且,形成板状体(2)的碳化硅质烧结体,对主成分的碳化硅,以烧结辅助剂添加硼(B)和碳(C)或者添加如氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)等的金属氧化物,充分混合,加工成平板状后,在1900~2100℃烧成而得。碳化硅以α型为主体或以β型为主体的任一种都可以。
以板状体(2)使用碳化硅质烧结体时,以维持具有半导电性的板状体(2)和电阻发热体(5)之间的绝缘的绝缘层,可以使用玻璃或树脂。使用玻璃时,其厚度未满为100□,则耐电压在1.5kV以下,而不能维持绝缘性;反过来,其厚度超过400□,则与形成板状体(2)的碳化硅质烧结体或氮化铝质烧结体的热膨胀差过大,而发生裂缝,失去绝缘层的功能。因此,以绝缘层使用玻璃时,绝缘层(4)的厚度形成为100~400□的范围为宜,形成为200□~350□的范围为更宜。
而且,板状体(2)的装载面(3)和对面侧的主面,因提高与由玻璃或树脂构成的绝缘层(4)的紧贴性,研磨平面度为20mm以下、面粗度以中心线平均粗度(Ra)0.1□~0.5□为宜。
并且,板状体(2)由以氮化铝为主成分的烧结体形成时,对主成分的氮化铝,以烧结辅助剂,添加Y2O3或Yb2O3等稀土类元素氧化物和根据需要添加CaO等的碱性土类金属氧化物而充分混合,加工成平板状后,在氮气中1900~2100℃烧成而得。为了提高对板状体(2)的电阻发热体(5)的紧贴性,有时也可以形成由玻璃构成的绝缘层。只是,电阻发热体(5)中添加充分的玻璃,由此而得到充分的紧贴强度时,可以省略。
形成这绝缘层的玻璃的特性,似晶质或非晶质任一种都可以,适当地选择使用耐热温度为200℃以上、且在0℃~200℃的温度域的热膨胀系数对构成板状体(2)的陶瓷的热膨胀系数在-5~+5×10-7/℃范围的为宜。即,如果使用热膨胀系数脱离上述范围的玻璃,则因为与形成板状体(2)的陶瓷的热膨胀差会过大,因此玻璃烧成后冷却时,容易产生裂缝或剥离等的缺点。
而且,把以玻璃构成的绝缘层附着在板状体(2)上的手段,把上述玻璃膏剂适当滴在板状体(2)的中心部,以旋涂法均匀地扩张涂布,或以丝网印刷法、浸渍法、喷雾法等均一地涂布后,把玻璃膏剂,在600℃以上的温度烧成即可。而且,以绝缘层使用玻璃时,事先把以碳化硅质烧结体或氮化铝烧结体构成的板状体(2),在850~1300℃的温度加热,氧化处理附着绝缘层的表面,从而可以提高与以玻璃形成的绝缘层的紧贴性。
本发明的电阻发热体(5)的电阻发热体区域形状,如图5或图6所示,以复数个块分割,每一个块成以圆弧状的电阻发热体区域和直线状的电阻发热体区域构成的漩涡状或之字形返还状。本发明的加热器(1)因均一加热晶片(W)为重要,所以这些电阻发热体的区域形状,带状的电阻发热体(5)的各部的密度均一为宜。只是,如图8所示,从板状体(2)的中心向放射方向看,在电阻发热体(5)间隔稠密的部分和稀疏的部分交替出现的电阻发热体区域,对应稀疏部分的晶片(W)的表面温度小,对应稠密部分的晶片(W)的表面温度大,而不能均一地加热晶片(W)表面的整个面,而不太适宜。
而且,把电阻发热体(5)分割为复数个块时,以把各块的温度独立控制,从而把装载面(3)上的晶片(W)均一加热为宜。
电阻发热体(5),把在导电性的金属粒子包含玻璃料或金属氧化物的电极膏剂,由印刷法在板状体(2)上印刷、烧成的,以金属粒子,至少使用Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Rh中的一种金属为宜,而且,玻璃料,由包含B、Si、Zn的氧化物构成,使用比板状体(2)的热膨胀系数小的4.5×10-6/℃以下的低膨胀玻璃为宜,而且以金属氧化物,使用在氧化硅、氧化硼、氧化铝、二氧化钛中选择的至少一种为宜。
在这里,以形成电阻发热体(5)的金属粒子,至少使用Au、Ag、Cu、Pd、Pt、Rh中的一种是因为电的电阻小。
以形成电阻发热体(5)的玻璃料,由包含B,Si,Zn的氧化物构成,因为在构成电阻发热体(5)的金属粒子的热膨胀系数比板状体(2)热膨胀系数大,因此,为了把电阻发热体(5)的热膨胀系数接近于板状体(2)热膨胀系数,使用比板状体(2)的热膨胀系数小的4.5×10-6/℃以下的低膨胀玻璃为宜。
而且,以形成电阻发热体(5)的金属氧化物,使用在氧化硅、氧化硼、氧化铝、二氧化钛中选择的至少一种,是因为:与电阻发热体(5)中的金属粒子的紧贴性优秀,而且热膨胀系数跟板状体(2)热膨胀系数接近,而且跟板状体(2)的紧贴性也优秀。
只是,对于电阻发热体(5),如果金属氧化物的含有量超过80%,则与板状体(2)的紧贴力是增加,但电阻发热体(5)的电阻值增大而不太适宜。因此,金属氧化物的含量设定为60%以下为宜。
而且,以导电性的金属粒子和玻璃料或金属氧化物构成的电阻发热体(5),使用与板状体(2)的热膨胀差为3.0×10-6/℃以下的为宜。
即,因为把电阻发热体(5)和板状体(2)的热膨胀差设定为0.1×10-6/℃为制造上难,反过来,电阻发热体(5)和板状体(2)之间的热膨胀差超过3.0×10-6/℃,则把电阻发热体(5)发热时,因在与板状体(2)的之间作用的热应力而装载面(3)有可能以凹陷状弯曲。
并且,以附着在绝缘层上的电阻发热体(5)的材料,把金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、钯(Pd)等的金属单体,以蒸着法或镀金法直接附着,或准备上述金属单体或氧化铼(Re2o3)、镧锰酸盐(LaMnO3)等的导电性的金属氧化物或将上述金属材料分散在树脂膏剂或玻璃膏剂的膏剂,由丝网印刷法等以所定的电阻发热体区域状印刷后烧成,把上述导电材以由树脂或玻璃构成的模型结合即可。以模型使用玻璃时,使用玻璃陶瓷(Glass-Ceramics)、非晶质玻璃任一种都可以,但是为了抑止因热循环的电阻值的变化,使用玻璃陶瓷为宜。
但,电阻发热体(5)的材料,使用银(Ag)或铜(Cu)时,因为有可能发生迁移(migration),所以在如此的情况下,由跟绝缘层同样的材料构成的镀层,以40~400□左右的厚度涂敷,以便覆盖电阻发热体(5)即可。
而且,关于向电阻发热体(5)的供电办法,以把设置在有底面的金属套(19)的供电端子(11),在形成在板状体(2)的表面上的供电部(6),以弹簧(省略图示)押压而确保连接而供电。这是因为:如果在2~5mm厚度的板状体(2)埋设形成由金属构成的端子部,则因该端子部的热容量而均热性变坏。因此,如本发明,把供电端子(11)以弹簧押压而确保电的连接,而缓解由板状体(2)和该有底面的金属套(19)之间的温度差的热应力,而可以以高的信赖性维持电的导通。并且,为了防止接点成为点接触,以中间层插入有弹性的导体也可以。这中间层只插入箔状的片也有效果。还有,供电端子(11)的供电部(6)侧的直径设定为1.5~5mm为宜。
并且,板状体(2)的温度,由在板状体(2)埋入其前端的热电偶(27)而测定。以热电偶(27),因其应许性的维持工作性的观点,使用外径为0.8mm以下的护套型热电偶(27)为宜。这热电偶(27)的前端部,在板状体(2)上形成孔,为了提高测温的信赖性,由在这里面设置的固定构件,在孔的内壁面押压固定为宜。同样,埋设素线的热电偶或Pt等测温电阻体而实施测温也可以。
而且,在板状体(2)一侧的的主面,如图(1)所示,形成复数个支持针(8),从板状体(2)的另一侧的主面隔一定的距离,使支持晶片(W)也可以。
并且,图1表示关于在板状体(2)的另一侧的主面(3)只具有电阻发热体(5)的陶瓷加热器(1),但,本发明,在主面(3)和电阻发热体(5)之间以静电吸附用或等离子体发生用埋设电极也好。
而且,群(g)的宽度(Wg)在电阻发热体(5)的带的宽度(Wh)的90%以内为宜。这是因为:一般细微而复杂的电阻发热体(5)以丝网印刷法形成,因此,以丝网印刷法形成的电阻发热体(5)的截面面积,如图23所示,形成为在电阻发热体(5)的带的宽度的左右5%领域的厚度已变小。而且,以激光束等形成槽(m),但槽(m)的大小靠激光束的输出和照射时间决定,一般,加工槽(m)时输出和照射时间不改变,因此,槽(m)的深度几乎成为相同。从而,除了周边部的厚度小的领域的电阻发热体(5)的带的宽度的90%以内的各处形成槽(m)时,不会有槽(m)贯通电阻发热体(5)的可能性,而且不会发生槽(m)的底部产生裂缝的可能性而为宜。但,超过电阻发热体(5)的带的宽度的90%而形成槽(m)时,因为电阻发热体(5)的两端的膜的厚度薄的各处形成槽(m),因此槽(m)贯通电阻发热体(5),或激光束照射在陶瓷体(2),而不会产生微小裂缝的可能性。
而且,发生上述微小裂缝,在陶瓷加热器(1)反复加热·冷却,则晶片(W)的表面的温度差就变大,而有可能均热性变坏。最坏的情况,板状陶瓷体有可能会破坏。
而且,形成上述槽(m)的群(g)的各槽(m1、m2..)的深度,在该槽(m)的宽度(Wm)的20%~75%内的范围为宜(槽深度/槽宽度=20%~75%)。这是因为未满20%,则因1个槽(m)的形成的电阻值的变化小而电阻值的调整范围也变小,从而就很难使晶片(W)的面内温度差充分变小。
而且,当槽(m)的深度超过宽度(Wm)的75%时,激光的第一冲量的热量大,而在电阻发热体(5)的底部发生微裂缝,反复加热·冷却,则微裂小缝就生长,在电阻发热体(5)的电阻值产生变化,当电阻值变化,晶片(W)的面内温度就变大,从而就有不能维持均热性的可能性。
而且,大致跟电阻发热体(5)的带的长度方向平行,构成以长度相同的复数个槽部(m1、m2..)等构成的群(g),在上述带设有复数个上述群(g),上述群(g1)和群(g2)的间隔比上述宽(Wh)小为宜。
因电阻发热体(5)以丝网印刷形成,所以在电阻发热体(5)形成时,对设置位置产生微妙的位置相违。从而产生板状陶瓷体(2)的设定位置和电阻发热体(5)的位置的相违。所以,不形成群(g1)和(g2)的间隔(Gg),而在电阻发热体5形成以长槽(m1、m2..)构成的群(g),则如图24,该微妙的位置相违就扩大,因此,即使在始点(P1)对齐中心,也在终点(P2)从带的宽度中心相违的各处会形成群(g)。因此,在跟群(g)的终点(P2)邻接的电阻发热体(5)的截面的左右,成为电流通道的截面面积大为不同,在电阻发热体(5)的带的截面,带的左右的发热量不同,而有可能产生晶片(W)的面内温度差变大。
为了解决上述问题的发生,如图25所示,把上述群(g)分割成复数个群,使复数个群(g1)和群(g2)的间隔(Gg)比电阻发热体(5)的宽度(Wh)小为宜。这是因为:靠如此构成,电阻发热体(5)的带的左右的发热量的变化小,而且间隔(Gg)的部分成为分成槽(m)的左右的带的旁路,而对电流的流向没有偏倚而发热成均一。
而且,上述间隔(Gg)比上述带的宽度(Wh)大时,其各处(Gg)的发热量减小,所以加热时其各处就成为冷点,从而晶片(W)的温度比该位置低而整体的均热性也变坏。因此,群(g)和群(g)的间隔(Gg)比带的宽度(Wh)小为宜。
而且上述槽的群(g)和群(g)的间隔为1mm以下为宜。1mm以下,则可以防止上述电流的倾斜,同时产生冷点的可能性也少。
另外,如图26所示,一对位于上述电阻发热体(5)的同一圆周上的返回的小圆弧状带之间的距离(Lm、Lm2)比至少在一处大致以同心圆状布置的圆弧状带之间的距离(Lr、Lr2)小为宜。如果距离(Lm、Lm2)比距离(Lr、Lr2)小,则可以防止在Lm附近——例如Q位置上的温度降低,从而可以减小晶片的面内温度差。
另外,一对位于上述电阻发热体的同一圆周上的返回的小圆弧状带之间的距离(Lm、Lm2)比在所有处大致以同心圆状布置的圆弧状带之间的距离(Lr、Lr2)小为宜。如此,如果各个距离(Lm、Lm2)对应于各个比距离(Lr、Lr2)小,则在晶片的全表面领域上温度差的偏差变小而为宜。
而且,如果使一对位于上述电阻发热体的同一圆周上的返回的小圆弧状带之间的距离(Lm、Lm2)比在大致以同心圆状布置的圆弧状带之间的距离(Lr、Lr2)的30~80%,更佳为40~60%,则可以提高在装载面(3)上的均热性。而且距离(L1、Lm)是在几个处各个测定各电阻发热体(5)之间,从而算出其平均距离的。
另外,大致以同心圆状形成的上述电阻发热体(5),同心圆状的最外周的电阻发热体带和其内侧的带的间隔(Lr)比除了上述最外周的电阻发热体以外的电阻发热体的同心圆状带的间隔(L4、Lr5、Lr2)小为宜。因为,加热晶片用陶瓷加热器(110)的周边部,由其周边部上的热放射或对流容易失去热,虽然有加热晶片用陶瓷加热器(110)的周边部的温度降低的可能,但是,通过使最外周的电阻发热体带(5p)和其内侧的带(5o、5n)的间隔(Lr)变小,可以增大周边部的发热量。还有,是因为,如果把晶片装载于装载面(3)加热,则可以均一加热晶片的面内。
(实施例1)
对热传导率为80W/(m·K)的碳化硅质烧结体进行研削加工,从而制作复数个板厚度4mm、外径230mm的圆板状均热板;为了在各均热板的一侧的主面附着绝缘层,通过丝网印刷法对玻璃粉末敷设:作为粘合剂的乙基纤维素和作为有机溶剂的松油醇混练而制作的玻璃膏剂;以150℃加热干燥有机溶剂后,在550℃进行脱脂处理30分钟,再以700~900℃温度进行烧成,从而形成了由玻璃组成的厚度200□的绝缘层。接着为了在绝缘层上附着电阻发热体,通过将作为导电材把20重量%的Au粉末和10重量%的Pt粉末和70重量%的玻璃以所定量的电阻发热体区域形状印刷后,以150℃加热干燥有机溶剂,再在450℃进行脱脂处理30分钟后,以500~700℃温度进行烧成,从而形成了厚度50□的电阻发热体。电阻发热体采用了把中心部和外周部向周围方向进行4分割的8电阻发热体区域的构成。
还有,制作了如图6a所示形成定位表示部(7)的均热板(试料No.1)和如图6b所示使定位表示部(7)从带状的电阻发热体分离而形成在邻接的位置的均热板(试料No.2),而且,以同一电阻发热体制作了无定位表示部(7)的均热板(试料No.3)。
将通过上述方法制作的电阻发热体的各电阻发热体区域分割为各个54处带,对各处设计的电阻值和实测电阻值之间的差异通过照射激光束形成槽,而进行了电阻调整。
然后,试料No.1、2以定位表示部为基准形成槽,试料No.3以板状陶瓷体的外形为基准形成槽。作为上述槽的形成方法使用了日本电气制的YAG激光。激光束设定为波长1.06□、脉冲频率1KHz、激光输出0.4W、加工速度5mm/sec而照射。
而且,根据上述条件制作的槽宽度为约50~60□、深度为约20~25□。还有,在各群形成的槽与槽之间的间距(pitch)为约65□,最大槽的数量为13个。
然后,将上述均热板安装在金属套,又安装测温元件或供电端子等完成陶瓷加热器试料No.1~3。
其后,将附着有测温元件的硅晶片装在装载面上加热陶瓷加热器,以便使晶片整体的温度平均达到200℃,然后,使用上述附着有测温元件的硅晶片测定晶片表面的温度偏差。
各个的结果为如表1所示。
(表1)
  试料No.   定位表示部的有无  晶片(W)面内的温度差(℃)
  1   有   0.25
  2   有   0.3
  *3   无   0.45
*表示本发明之外的试料
如表1所示,在电阻发热体的带形成有定位表示部(7)的本发明的试料No.1,2,因为晶片(W)表面的面内温度差为0.3℃以内,温度分布小,显示了良好的结果。
对此,无定位表示部的试料No.3,晶片(W)表面的面内温度差为0.45℃,晶片面内的温度差大。
(实施例2)
按照与实施例1相同的方法制作了试料。而且,形成由如图6所示的凸部组成的定位表示部,制作了把槽形成在带的外侧的、形成在内侧的、形成在中央部位的。而且,制作了以比较用把槽混在内侧和外侧的陶瓷加热器。
而且,根据1.5mm宽度形成电阻发热体的带,在该带通过激光形成了槽的群。槽的群,形成在位于板状陶瓷体的外侧的带的部分。还有,制作了变更槽的群与群之间的间隔的试料。
而且,群和群的间隔,通过分割电阻发热体的各电阻发热体区域测定各部的电阻,在电阻小的部分形成槽并使电阻更大,可以减小各电阻发热体区域的各部的电阻偏差。因此,群和群的间隔是上述各部的测定电阻间隔的群和群之间的间隔,各电阻发热体区域中,以最小的群和群的间隔表示。
还有,进行与实施例相同的评估,其结果在表2上显示。
(表2)
  试料No.   槽部或群的形成场所   群与群之间的间隔(mm)  晶片(W)面内的温度差(℃)
  21   中心   0.2   0.18
  22   外侧   0.5   0.19
  23   内侧   0.8   0.21
  24   外侧   1.2   0.22
  25   外侧   1.3   0.24
  26   混在   1.4   0.27
  27   混在   1.8   0.3
如表2所知,试料No.21~26是,群和群的最小间隔小于电阻发热体的带宽度1.5mm,晶片(W)整体的温度差为0.27℃以内,得到了良好的结果。而且,群和群的最小间隔为1.2mm以下和带宽度为80%以下的试料No.21~24是晶片面内的温度差为0.22℃以下更小,为宜。
另外,槽的形成位置在带的内侧或外侧混在的试料No.26,27是晶片面内的温度差为0.27℃、0.3℃以下稍大。
但是,能知,在带的中央或外侧或内侧形成槽或槽的群的试料No.21~25是晶片面内的温度差为0.24℃以下较小,为宜。
(实施例3)
对热传导率为80W/(m·K)的碳化硅质烧结体进行研削加工,而制作复数个板厚度4mm、外径230mm的圆板状均热板,为了在各均热板的一侧的主面附着绝缘层,对玻璃粉末将作为粘合剂的乙基纤维素和作为有机溶剂的松油醇混练而作制的玻璃膏剂,通过丝网印刷法敷设,以150℃加热干燥有机溶剂后,在550℃进行脱脂处理30分钟,再在700~900℃温度进行烧成,从而形成了由玻璃组成的厚度200□的绝缘层。接着为了在绝缘层上附着电阻发热体,作为导电材将20重量%的Au粉末和10重量%的Pt粉末和70重量%的玻璃以所定量的模式形状印刷。然后,以150℃加热干燥有机溶剂,再在450℃进行30分钟脱脂处理后,在500~700℃温度进行烧成,从而形成厚度50□的电阻发热体。
而且,使用于上述电阻发热体的导电性组成物Au及Pt的平均粒径为0.5□。并且,作为绝缘性组成物添加玻璃粉末,其平均粒径为1.5□和20□。还有,使用其混合物,各个制作了试料No.101~103。
如果确认形成电阻发热体后内部的导电性组成物的分散状态,试料No.101、No.102,玻璃块大,变成为如图20所示的分散状态。
并且,试料No.103变成为如图21所示的分散状态。
还有,电阻发热体采用了将中心部和外周部向周围方向进行4分割的5模式构成。
将通过上述方法制作的电阻发热体的各模式分割为各个50处前后,对各处设计的电阻值和实测电阻值之间的差异通过照射激光束形成槽,而进行了电阻调整。作为上述槽的形成方法使用了日本电气制的YAG激光。激光束设定为波长1.06□、脉冲频率1KHz、激光输出0.4W、加工速度5mm/sec而照射。
而且,根据上述条件制作的槽宽度为约50~60□、深度为约20~25□。还有,在各群形成的槽与槽之间的间距为约65□,最大槽的数量为13个。
还有,试料No.101、102的槽表面的导电性组成物成为2~5□的圆形,槽表面的导电性组成物的密度比内部的密度变小了。
另外,试料No.103的槽表面的导电性组成物的密度如图22没有和内部之差。
并且,关于各自的明度也确认了。作为简单地确认明度差的方法有:首先,用金属显微镜拍摄各个表面的照片,黑白复印该照片,从而确认了白色的强度。明度是白色越强越变大,反过来黑色越强,明度越变小。其结果,试料No.101、102是槽表面的黑色比槽以外的表面更强,因此明度很小。另外,试料No.103明度上没有差。
并且,将上述均热板安装在金属套,安装测温元件或供电端子等完成了试料No.101~103的陶瓷加热器。
还有,通过200倍的SEM确认完成的试料的槽的群(g)表面,如表3所示,确认了各自长度5□的微小裂缝。
还有,裂缝的长度以从裂缝的起点至终点的直线距离测定而求得了其平均值。
然后,将在试料No.101~103的陶瓷加热器附着有测温元件的硅晶片装在于装载面而加热陶瓷加热器,使晶片整体的温度平均达到200℃,使用附着有上述测温元件的硅晶片测定晶片面内的温度差。
而且然后,将试料No.101~103的陶瓷加热器,施加电压,以便使晶片表面温度的平均温度1分种之间从室温达到350℃,保持3分种后,以2分种之间冷却到40℃以下的热循环为1循环,反复进行了该热循环5000次。之后,测定了其后的槽部分的观察、各试料的各电阻发热体的电阻变化率及晶片面内的温度差。
各试料的电阻发热体的电阻变化率,用初期的电阻值除电阻变化量而求得了。如果有复数个电阻变化率时,以最大值为电阻变化率表上显示。而且,电阻发热体的电阻变化率是,晶片表面的温度差在0.1℃以内的变化可以收容的3%以内为宜,晶片表面的温度差在0.03℃以内可以收容的1%以内的电阻变化率更佳。
各个的结果为如表3所示。
(表3)
试料No. 槽表面的导电性组成物的密度小于槽以外的电阻发热体表面的导电性组成物的密度 槽表面的明度小于槽以外的电阻发热体表面的明度 热循环前 5000次热循环后
微小裂缝的平均长度(□) 晶片面内的温度差(℃) 微小裂缝的平均长度(□) 晶片面内的温度差(℃) 电阻变化率(%)
  101   YES   YES   5   0.35   5   0.37   0.7
  102   YES   YES   5   0.36   5   0.38   0.6
  103   NO   NO   5   0.35   50   0.86   5.1
如表3所示,槽表面的导电性组成物的密度小于电阻发热体内部的导电性组成物的密度的试料No.101、102,作为绝缘性组成物的玻璃的粒径大,没发现微小裂缝的生长。而且,尽管反复5000次冷热循环,但是电阻值的变化各个为0.7%,0.6%,其变化很小。并且,晶片面内的温度差为0.37℃,0.38℃,晶片面内的温度差冷热循环后也很小,而良好。
另外,槽表面的导电性组成物的密度比电阻发热体的内部的导电性组成物的密度更大的试料No.103,冷热循环后,微小裂缝生长到约50□。因此,电阻发热体的电阻值也产生约5%变化,晶片面内的温度差为0.86℃变大,不能连续地使用了。
而且,能知,槽表面的明度小于槽以外的电阻发热体的表面的明度的试料No.101、102,冷热循环后的晶片面内的温度差为0.37℃、0.38℃也同样很小,电阻变化率也为1%以下很小,表示优越的特性。
(实施例4)
通过与实施例3相同的方法制作成试料No.104~108。试料No.104~108的绝缘性组成物,由玻璃组成,其平均粒径设定为1.5□、5□、20□、40□、60□。并且,由激光束形成槽之后的表面的导电性组成物的平均直径,成为0.5□、1□、3.2□、8.5□、20□了。而且,导电性组成物的平均直径,从表面SEM照片以与20个导电性组成物的平均面积等价的圆的直径为表示。
然后,通过如表面的观察及实施例3同一地进行5000循环的热循环,确认了电阻值的变化率及晶片温度的偏差。
其结果在表4上显示。
(表4)
试料No. 通过激光加工槽部后的槽表面的导电性组成物的粒径(□) 热循环前 5000次热循环后
微小裂缝的平均长度(□) 微小裂缝的平均长度(□) 电阻变化率
  104   0.5   5   10   2.8%
  105   1   5   5   0.7%
  106   3.2   5   5   0.7%
  107   8.5   5   5   0.5%
  108   20   5   5   0.7%
如表4所示,槽的群表面的导电性组成物的粒径为约0.5□的试料No.104,冷热循环后微小裂缝生长到10□,还产生了2.8%的电阻变化。
对此,能知,导电性组成物为圆形,槽的群表面的导电性组成物的粒径为1~20□的试料No.105~108,没有见微小裂缝的生长,电阻值的变化也是1%以下,更为宜。
(实施例5)
电阻发热体的玻璃采取在实施例3上显示良好的结果的平均粒径1.5□、20□混合,通过与实施例3相同的方法制作试料,由激光束形成了槽的群。
而且,槽集合体的群的中心,以形成在电阻发热体的带的中央部的作为试料No.109。而且,以群的中心形成在比带的端25%的位置的为试料No.110。并且,以从带的端形成槽的为试料No.111。而且,与电阻发热体的带的中央部其范围设定为从带宽度范围的中心到宽度的±5%。还有,进行了与实施例3相同的评估。
其结果在表5上显示。
(表5)
  试料No.   对带的宽度方向群的中央位置   晶片面内的温度差(℃)
  109   带的中央部   0.29
  110   从带的端的25%   0.35
  111   带的端   0.39
如表5所示,在电阻发热体的带的中央部形成有槽的群的本发明的试料No.109,晶片(W)表面的面内温度差为0.29℃,温度分布小,显示良好的结果。
对此,是群的中心相违形成槽的试料No.110、111,各个成为0.35℃、0.39℃,晶片面内的温度差与试料No.109相比较大。
(实施例6)
通过与实施例5相同的方法制作试料,由激光束形成了槽的群。以槽的群的中心作为在实施例5中显示良好的结果的中央部,通过变更槽与槽之间的间距而调整槽的群的宽度,使槽的群的宽度为电阻发热体的带宽度的50%、70%、90%、95%、100%。然后,施加电压,以便使晶片表面温度的平均温度1分种之间从室温达到350℃,保持3分种后,以2分种之间冷却到40℃以下的热循环为1循环,反复进行了该热循环5000次。之后,测定了其前后的槽部分的观察及各试料的各电阻发热体的电阻变化率。
其结果在表6上显示。
(表6)
试料No.   对带的宽度的群的宽度比率(对于电阻发热体) 电阻变化率
  112   50%   0.4%
  113   70%   0.4%
  114   90%   0.5%
  115   95%   1.8%
  116   100%   2.5%
如表6的结果上能所知,形成使试料No.112~114槽的群的宽度为带的宽度的90%以内的试料,在5000循环的热循环中,电阻变化为各个1%以下,良好。
另外,试料No.115、116,电阻变化与试料No.112~114相比较大。
(实施例7)
通过与实施例5相同的方法制作试料,由激光束形成了槽的群。以槽的群的中心作为在实施例5中显示良好的结果的中央部,使槽的群的宽度为在实施例6中显示良好的结果的电阻发热体的带宽度的90%以内。并且,把激光束的输出变更到0.1~0.6W,从而将槽的深度调整到槽的宽度的10%、20%、50%、75%、85%。
还有,通过实施与实施例3相同的热循环测试,确认了电阻值的变化率。其结果在表7上显示。
并且,电阻值记载了5个电阻发热体的耐久前后的电阻值中电阻变化率最大的。
(表7)
  试料No.   槽的深度/槽的宽度(%)   电阻变化率(%)
  117   10   不能都提高电阻值而NG
  118   20   0.3%
  119   50   0.3%
  120   75   0.4%
  121   85   2.1%
槽的深度为槽的宽度的10%,调整电阻发热体的各部的电阻的试料No.117,因不能充分调整各部的电阻值,即使形成槽,电阻发热体的电阻值的偏差仍然大,无法使晶片(W)面内的温度变小。
试料No.18~20,槽的深度为20%~75%,热循环5000次后的电阻变化率为1%以内,是良好的结果。
可是,试料No.121,槽的深度为宽度的85%,电阻发热体的电阻值变化了2.04%。
(实施例8)
对热传导率为80W/(m·K)的碳化硅质烧结体进行研削加工,从而制作复数个板厚度4mm、外径230mm的圆板状均热板;为了在各均热板的一侧的主面附着绝缘层,通过丝网印刷法对玻璃粉末敷设:作为粘合剂的乙基纤维素和作为有机溶剂的松油醇混练而制作的玻璃膏剂;以150℃加热干燥有机溶剂后,在550℃进行脱脂处理30分钟,再在700~900℃温度进行烧成,从而形成了由玻璃组成的厚度200□的绝缘层。接着为了在绝缘层上附着电阻发热体,通过将作为导电材把20重量%的Au粉末和10重量%的Pt粉末和70重量%的玻璃以所定量的模式形状印刷后,以150℃加热干燥有机溶剂,再在450℃进行脱脂处理30分钟后,在500~700℃温度进行烧成,从而形成了厚度50□的电阻发热体。电阻发热体采用了把中心部和外周部向周围方向进行4分割的5模式的构成。
将通过上述方法制作的电阻发热体的各模式分割为各个50处前后,对各处设计的电阻值和实测电阻值之间的差异通过照射激光束形成槽,而进行了电阻调整。作为上述槽的形成方法使用了日本电气制的YAG激光。激光束设定为波长1.06□、脉冲频率1KHz、激光输出0.4W、加工速度5mm/sec而照射。
而且,根据上述条件制作的槽宽度为约50~60□、深度为约20~25□。还有,在各群形成的槽与槽之间的间距为约65□,最大槽的数量为13个。
而且,形成了,槽的集合体的群中心,在电阻发热体的带的中央部或从带的端25%的位置及从带的端,形成槽的试料No.1~3。与电阻发热体的带的中央部其范围设定为从带宽度范围的中心到宽度的±5%。
还有,在金属套安装上述均热板,安装测温元件或供电端子等完成各种陶瓷加热器。
然后,把附着有测温元件的硅晶片装在于装载面上而加热陶瓷加热器,以便使晶片整体的温度平均达到200℃,使用附着有上述测温元件的硅晶片测定晶片表面的温度偏差。
各个结果是如表8显示。
(表8)
  试料No.   槽的群的中心  晶片(W)面内的温度差
  201   带的中央部   ±0.14℃
  202   从带的宽度的25%   ±0.34℃
  203   带的宽度   ±0.49℃
如表8所示,在电阻发热体的带中央部形成有槽的群的本发明的试料No.201是晶片(W)表面的面内温度差为±0.14℃,温度分布小,表示良好的结果。
对此,使群的中心相违形成槽的试料No.202、203各个为±0.34℃、±0.49℃,晶片面内的温度差大,不太适宜。
(实施例9)
通过与实施例8相同的方法制作试料,由激光束形成了槽的群。以槽的群的中心作为在实施例8中显示良好的结果的中央部,变更槽与槽之间的间距调整槽的群的宽度,以便使槽的群的宽度为电阻发热体的带宽度的50%、70%、90%、95%、100%。然后,施加电压,以便使晶片表面温度的平均温度1分种之间从室温达到350℃,保持3分种后,以2分种之间冷却到40℃以下的热循环为1循环,反复进行了该热循环5000次。之后,调查了其前后的槽部分的观察及各试料的各模式的电阻值变化。
各试料的各模式的电阻值变化,由四端子法测定了。而且,电阻发热体的电阻变化率为1%以内为良好,但是超过1%,不太适宜。因为,如果是1%以内的电阻变化,则晶片表面的温度差为0.03℃以下小,如果变化1%以上,则晶片表面的温度差超过0.03℃有发生极大变化的可能。
其结果在表9上显示。
(表9)
  试料No. 槽的群的宽度(对于电阻发热体的宽度)   达到破损的热循环数   电阻变化率   耐久后的晶片整体的温度差
  204   50%   5000以上   1%以下   无
  205   70%   5000以上   1%以下   无
  206   90%   5000以上   1%以下   无
  207   95%   4535循环   破损   破损
  208   100%   3125循环   破损   破损
如表9的结果中能所知,使试料No.204~206槽的群的宽度为带的宽度的90%以内形成的试料是由5000循环的热循环没被破坏,电阻变化也是1%以下。
另外,能知,试料No.207、208,在5000循环以下被破坏,对热循环的耐久性降低。
(实施例10)
通过与实施例8相同的方法制作试料,由激光束形成了槽的群。以槽的群的中心作为在实施例8中显示良好的结果的中央部,槽的群的宽度为在实施例9中显示良好的结果的电阻发热体的带宽度的90%以内。并且,把激光束的输出变更到0.1~0.6W,把槽的深度调整到槽的宽度的10%、20%、50%、75%、85%。
而且,通过进行与实施例9相同的热循环测试,确认了电阻值的变化率。其结果在表10上显示。
并且,电阻值记载了5个模式的耐久前后的电阻值中电阻变化率最大的。
(表10)
试料No.   槽的深度/槽的宽度(%)   槽形成后的电阻值(Ω)   耐久后的电阻值(Ω)   电阻变化率(%)
  209   10   19.5   -   -
  210   20   22.33   22.39   0.27
  211   50   22.65   22.82   0.75
  212   75   22.45   22.65   0.89
  213   85   23.55   24.03   2.04
将槽的深度为槽的宽度的10%,调整电阻发热体的各部的电阻的试料No.209,不能充分调整各部的电阻值,因此其值为19.5Ω,很小,即使形成槽,电阻发热体的电阻值的偏差也很大,所以不能使晶片(W)面内的温度变小。
试料No.210~212,槽的深度为20%~75%,热循环5000次后的电阻变化率为1%以内,是良好的结果。
可是,试料No.213的槽的深度为宽度的85%,电阻发热体的电阻值变化2.04%,5000次以上的热循环测试后,晶片面内的温度差增大0.06℃,晶片面内的温度差增大±0.32℃,从而能知,热循环在5000回以上不能使用。
(实施例11)
通过与实施例8相同的方法制作试料,由激光束形成了槽的群。以槽的群的中心作为在实施例中显示良好的结果的中央部,槽的群的宽度设定为在实施例9中显示良好的结果的带的宽度的90%以内。而且,以除去槽的群和群的间隔接连作为试料No.214,制作群和群的间隔为带的宽度的5%、带的宽度的50%、与带的宽度相同及带的宽度的150%的试料,而把该作为各自试料No.215~218。通过与实施例8相同的方式以200℃加热测定了晶片面内的温度差。并且,通过与实施例9相同的方式进行热循环测试,测定了其前后的电阻值的变化率。
并且,通过群和群的间隔可以通过分割为电阻发热体的各模式测定各部的电阻,电阻在该小部分形成槽使电阻更大,而可以减小各模式的各部的电阻偏差。从而,群和群之间的间隔表示在上述各部的电阻测定间隔的内部的群和群之间的间隔,可以表示为各模式中最小的群和群的间隔。
其结果在表11上显示。
(表11)
  试料No.   槽的群和群的间隔   晶片整体的温度差(℃)   槽形成后的电阻值(Ω)   耐久后的电阻值(Ω)   电阻变化率(%)
  214   连续   ±0.29   在耐久中断线   断线
  215   带的宽度的5%   ±0.11   22.33   22.39   0.27%
  216   带的宽度的50%   ±0.15   22.65   22.82   0.75%
  217   与带的宽度相同   ±0.20   22.45   22.61   0.71%
  218   带的宽度的150%   ±0.25   23.55   23.78   0.98%
如表11能所知,试料No.215~217,群和群的最小间隔与电阻发热体的宽度相同或小,晶片(W)整体的温度差为±0.20℃以内,得到了更加良好的结果。
另外,群和群的间隔比带的宽度大的试料No.218,在上述间隔的个所温度很低,温度差为±0.25℃,稍大。
而且,判明了,试料No.214,群是连续的,在5000循环的热循环的途中,试料的电阻发热体断线,对热循环的耐久性稍微降低。
(实施例12)
制作与把槽的群和群的间隔作为0.2、0.5、0.8、1.0、1.2mm的实施例11相同的试料,确认了如实施例8晶片整体的温度差。
而且,电阻发热体的带的宽度为2mm。
其结果在表12显示。
(表12)
  试料No.   群和群的间隔(mm)   晶片整体的温度差(℃)
  219   0.2   ±0.11
  220   0.5   ±0.12
  221   0.8   ±0.13
  222   1   ±0.15
  223   1.2   ±0.19
如表12所示,群和群的间隔为1mm以下的试料No.219~222,晶片(W)面内的温度差±0.15℃以下很小,显示了更良好的结果。另外,群和群的间隔为1.2mm的试料No.223,晶片(W)面内的温度差为±0.19℃稍微大。
(实施例13)
本发明的陶瓷加热器及晶片加热装置如下制作。对热传导率为80W/(m·K)的碳化硅质烧结体进行研削加工,从而制作复数个板厚度4mm、外径230mm的圆板状板状体;为了在各板状体的一侧的主面附着绝缘层,通过丝网印刷法对玻璃粉末敷设:作为粘合剂的乙基纤维素和作为有机溶剂的松油醇混练而制作的玻璃膏剂;以150℃加热干燥有机溶剂后,在550℃进行脱脂处理30分钟,再在700~900℃温度进行烧成,从而形成了由玻璃组成的厚度200□的绝缘层。接着为了在绝缘层上附着电阻发热体,通过将作为导电材把20重量%的Au粉末和10重量%的Pt粉末和70重量%的玻璃以所定量的电阻发热体区域形状印刷后,以150℃加热干燥有机溶剂,再在450℃进行脱脂处理30分钟后,以500~700℃温度进行烧成,从而形成了厚度50□的电阻发热体。电阻发热体由圆弧状带和连接它们的返还的小圆弧状组成,还采用了把中心部和外周部向周围方向进行4分割的8电阻发热体区域的构成。
并且,如上述制作的电阻发热体的各电阻发热体区域分割为各自50处前后,为了清除在各处设计的电阻值和实测电阻值之间的差,通过照射激光束形成由复数个槽组成的群进行电阻调整。另外,上述电阻值的调整,测定各电阻发热体区域的电阻值,以最大的电阻值为基准,对比设计值小的进行了调整。
在这儿,制作了,将由复数个槽(m)组成的群(G)的形成位置,比形成于电阻发热体的长度方向中心线还是形成于板状体(2)的中心侧(试料No.301)和;比形成于电阻发热体(5)的长度方向还是形成于板状体(2)的外周侧(试料No.302)的陶瓷加热器。
而且,作为比较例,制作了:将由复数个槽组成的群的形成位置,在电阻发热体上,在上述中心侧和上述外周侧,或电阻发热体的中央部等任意形成的陶瓷加热器(试料No.303)。
作为上述槽的形成方法使用了日本电气制的YAG激光。激光束设定为波长1.06□、脉冲频率1KHz、激光输出0.4W、加工速度5mm/sec而照射。
并且,根据上述条件制作的槽宽度为约50~60□、深度为约20~25□。还有,形成在各群的槽与槽之间的间距为约65□、最大槽数量为13个。
并且,将如上述制作的陶瓷加热器安装在金属套,安装测温元件或供电端子等,而制作晶片加热装置。
制作的晶片加热装置的评价,使用测温电阻体埋设在29处的直径300mm的测温用晶片实施。在各个晶片加热装置安装电源、将晶片(W)从25℃到200℃5分种之间升温,把晶片(W)的温度设定为200℃后除去晶片(W),把室温的测温晶片(W)装在装载面上,作为响应时间测定了晶片(W)的平均温度为200℃±0.5℃一定的范围所需的时间。而且,从30℃到200℃在5分钟升温、保持5分种后,将冷却30分种的温度循环反复1000循环后,从室温设定为200℃,以晶片(W)面内的温度差测定了10分后的晶片温度的最大值和最小值的差。其结果如表13所示。
(表13)
  试料No.   由槽组成的群的形成位置  晶片(W)面内的温度差(℃)
  301   板状陶瓷体的外周侧   0.26
  302   板状陶瓷体的中心侧   0.27
  303   任意   0.38
如表13所示,为比较例的试料No.303的陶瓷加热器,因为由槽(m)组成的群(G)在电阻发热体上任意形成,对槽(m)的板状体(2)的对称性变坏,在各电阻发热体的发热领域产生温度差,晶片面内的温度差以0.38℃变大、均热行变坏了。
对此,本发明的实施例的试料No.301、302的陶瓷加热器,因为将槽(m)在电阻发热体(5)根据一个方向偏在形成,所以对槽(m)的板状体(2)的对称性很好,因为能减缩在电阻发热体(5)的发热领域的温度差,则能减小晶片面内温度差。
(实施例14)
通过与上述实施例13相同的方法,将电阻发热体(5)的带以1.5mm宽度形成,而形成了将通过激光由复数个槽(m)组成的群(G)偏在于板状体(2)中心侧的电阻发热体(5)。
而且,验证了关于复数个群(G)之间的间隔和电阻发热体(5)的宽度。还有,所谓上述群(G)的间隔,能表示为各电阻发热体区域中最小的群和群的间隔。
并且,通过与实施例13相同的方法测定了晶片(W)面内的温度差。结果如表14所示。
(表14)
  试料No.   对带宽度群的间隔比率(%)  晶片(W)面内的温度差(℃)
  321   70   0.19
  322   80   0.21
  323   90   0.22
  324   120   0.26
如表14所示,群(G)的间隔比由电阻发热体(5)组成的带的宽度大的试料No.324中,难以使在该间隔的温度与其他的部分同一,晶片面内的温度差以0.26℃稍大。
对此,试料No.321~324,因为群(G)的间隔比由电阻发热体(5)组成的带的宽度小,可以更减小晶片面内的温度差。
(实施例15)
首先,对氮化铝粉末,通过重量换算添加1.0质量%的氧化钇,再次使用异丙醇和氨基甲酸乙酯球(urethane ball)由球磨机混练48小时后,而制造了氮化铝的泥浆(slurry)。
其次,将氮化铝的泥浆使通过200目网孔(mesh),除去氨基甲酸乙酯球和球磨机墙的渣滓之后,以防爆干燥机在120℃下干燥了24小时。接着,得到的氮化铝粉末上混合丙烯酸系粘合剂和溶剂而制造氮化铝的粉浆(slip),通过刮板(Doctor Blade)法制作了复数张氮化铝的印刷电路基板(green sheet)。还有,将得到的氮化铝的印刷电路基板,通过复数张积层和热静压而形成了积层体。然后,将积层体在非氧化性煤气气流中以500℃的温度实施脱脂5个小时后,在非氧化性气氛中以1900℃的温度进行烧成5个小时、从而制作了具有各种热传导率的氮化铝烧结体。
并且,在上述氮化铝烧结体上进行研削加工,而制作复数张的板厚度3mm、直径330mm的圆盘状的板状陶瓷体,再从中心60mm的同心圆上均等形成了3个贯通孔。贯通口径为4mm。
接着,为了在板状体(2)表面上附着电阻发热体(5),作为导电材Au粉末和Pt粉末和添加由上述相同的结构组成的粘合剂的玻璃膏剂混练而成的的导电膏剂,将该导电膏剂通过丝网印刷法以所定的模式形状印刷后,以150℃加热干燥有机溶剂,再在550℃进行脱脂处理30分钟,在700~900℃温度进行烧成,而形成了厚度50□的电阻发热体(5)。
而且,电阻发热体(5)如图6所示,由以大致以同心圆状由圆弧状的带组成的电阻发热体(5)、连接它们的返回的小圆弧状的带组成的以模式形状印刷的同时,将为了调整电阻值的槽(m)偏在于板状体(2)的中心侧而形成。
并且,分割上述电阻发热体(5)的电阻发热体区域的布置,如图5所示,在板状体(2)中心部中板状体(2)的直径(D)的25%的圆形的1个中形成电阻发热体区域(4a),在其外侧形成圆环的电阻发热体区域(4b),在其外侧,外径把D的45%的圆环分割为两个的电阻发热体区域(41c、42c),再次,外径把D的70%为圆环分割为四个电阻发热体区域(41d、42d、43d、44d),构成为共8个的电阻发热体区域,将外径(D)为310mm制作试料。
然后,通过在电阻发热体(5)上铜焊固定供电部(6),制作了陶瓷加热器(1)。而且,本实施例中,将中心部的电阻发热体区域和其外侧的圆环形状的电阻发热体区域并列连接的同时,进行加热控制。
并且,关于位于同一圆周上的一对的返回的圆弧状的带的距离(Lm)和与该返回的圆弧状的带相连的2个圆弧状的带之间的距离(Lr),作为Lm/Lr×100%,制作变更该比率的陶瓷加热器(1)。
此后,在金属套(19)的开口部设置陶瓷加热器(1),使螺栓贯通其外周部,介在环状的接触部材(17),以便使陶瓷加热器(1)和金属套(19)不直接接触,将螺母(20)通过螺丝附着固定,把其作为晶片加热装置(111)。
同时,金属套(19)的底面(21)由厚度2.0mm的铝和构成侧壁部的厚度1.0mm的铝构成,在底面(21)所定的位置安装煤气喷射口(24)、热传偶(27)、供电端子(11)。而且,从底面(21)到陶瓷加热器(1)的距离作为20mm。
并且,接触部材(17)的断面为L字形状,作为环状。L字形状的段部上面和陶瓷加热器(1)的下面和以圆环状接触,跟陶瓷加热器(1)的接触面的宽度作为3mm。同时,接触部材的材质使用了耐热性树脂。
在如上述制作的晶片加热装置,设有使改变Lm/Lr的比率的陶瓷加热器(1),其作为试料No.331~339。并且,通过与实施例13相同的方法测定了晶片(W)面内的温度差。结果为如表15所示。
(表15)
  试料No.   Lm/Lr×100(%)  晶片(W)面内的温度差(℃)
  331   20   0.21
  332   30   0.18
  333   40   0.16
  334   50   0.15
  335   60   0.16
  336   80   0.18
  337   90   0.21
  338   95   0.22
  339   120   0.27
如表15所示,试料No.337,因为Lm/Lr的比率以120%很大,在位于同一圆周上的一对返回的小圆弧状的带间周边的空隙部(Q)变宽,无具备的电阻发热体(5)的空隙部(Q)的温度下降,所以不能有效的减小晶片(W)面内的温度差。
对此,能知,试料No.331~338,Lm/Lr的比率比100%小,晶片的温度差以0.22℃以下很小,为宜。而且,试料No.332~336因为Lm/Lr的比率为30~80%,晶片面内的均热性优越,可以使晶片(W)面内的温度差变小,还有,Lm/Lr的比率为40~60%的试料No.333~335,更会减小上述温度差。
(实施例16)
对热传导率为80W/(m·K)的碳化硅质烧结体进行研削加工,制作复数个板厚度3mm、外径300mm的圆板状板状体,为在各板状体的一侧的主面附着绝缘层,对玻璃粉末将作为粘合剂的乙基纤维素和作为有机溶剂的松油醇混练而作制的玻璃膏剂通过丝网印刷法敷设,以150℃加热干燥有机溶剂后,在550℃进行脱脂处理30分钟,再在700~900℃温度进行烧成,形成了由玻璃组成的厚度200□的绝缘层。接着为了在绝缘层上附着电阻发热体,作为导电材把20重量%Au粉末和10重量%Pt粉末和70重量%玻璃以所定量的模式形状印刷后,以150℃加热干燥有机溶剂,再在450℃进行脱脂处理30分钟后,在500~700℃温度进行烧成,而形成了厚度50□的电阻发热体。电阻发热体采用了为把中心部和外周部向周围方向进行4分割的5模式构成。
将通过上述方法制作的电阻发热体的各模式,在各个带的长度方向分割为50处前后,通过四端子法测定各处设计的电阻值和实测电阻值,通过照射激光束形成槽,对其差分进行了电阻调整。作为上述槽的形成方法使用了日本电气制的YAG激光。激光束设定为波长1.06□、脉冲频率1KHz、激光输出0.5W、加工速度8mm/sec照射。
并且,根据上述条件制作的槽宽度为约60□、深度为约20□。还有,在每个群形成有的槽与槽之间的间隔的间距为约50□、最大槽数量为13个。在这里,由复数次的激光,沿着上述槽向外侧,制作了比其他槽长度小并相异的试料,以便改变激光的重叠状态形成复数个槽之后,测定电阻值时,与所定的电阻值相比,为再次成为所定的电阻值。
一边测定电阻发热体两端的电阻值,一边由激光形成槽,以便使其达到所定的电阻值,由激光形成的槽各个相隔不重叠的试料作为No.405、406。
而且,一边测定电阻发热体两端的电阻值,一边由激光形成槽,以便使其达到所定的电阻值,由激光形成的槽往跟带成直角的方向连续的试料作为No.403、404。
并且,形成往带成直角的方向连续的槽之后,在把激光没发射到上述电阻发热体的状态下,再次测定上述电阻值,沿着上述槽由激光再次形成比上述槽的短的槽,以便使其达到所定的电阻值,该试料作为No.401、402。
将形成上述电阻发热体的板状体安装在金属套,还安装测温元件或供电端子而完成使用于半导体制造装置的晶片加热装置。然后,将附着有测温元件的晶片装在装载面上,加热陶瓷加热器,使晶片整体的温度平均达到250℃,使用附着由上述测温元件的晶片测定晶片表面的温度偏差与设计电阻值之差。并且,施加板状体的整体温度1分种之间可以成为350℃的电压,保持3分种之后,以6kg/mm3、80L/min的空气,把2分种之间强制冷却到40℃以下的冷热循环加上5000循环,进行了调查在其前后形成槽的部分的电阻值变化的耐久性评价。电阻值的测定,使通过四端子法能考虑到接触电阻而测定。而且,作为评价基准,上述耐久试验中,如果被分割的电阻发热体(5)的整体电阻值的最大值为5%以内,则判断为其可以实用。还有,如果超过5%,则判断为不能实用。
各个的结果为如表16所示。
(表16)
试料No.   与设计电阻值之差 激光的重叠 面内温度差   耐久后的电阻变化率
  401   -0.04Ω   有   ±0.18℃   0.24%
  402   -0.08Ω   有   ±0.10℃   0.42%
  403   -0.17Ω   有   ±0.15℃   1.22%
  404   -0.23Ω   有   ±0.18℃   1.80%
  405   -0.39Ω   无   ±0.32℃   8.30%
  406   -0.42Ω   无   ±0.36℃   12.40%
如表16所示,由激光制作的各个槽大致平行隔开形成的试料No.405、406,晶片面内的温度差为±0.32℃、±0.36℃很大,而且耐久试验后的电阻变化率以8.3%,12.4%很大,不太适宜。
对此,能知,在本发明的板状体的表面上具有带状的电阻发热体,在该电阻发热体上,具有复数个与带的长度方向平行并向与上述带成直角的方向连续的槽的试料No.401~404,晶片(W)面内的温度差为±0.18℃以内很小,耐久试验后的电阻变化率为1.8%以下很小,其表示优越的特性。
并且,沿着上述槽由激光形成比其他槽的长度小的槽,以便使:一边测定电阻值,一边由激光形成槽而调整电阻值后,停止激光的照射,然后,测定电阻值而与所定的电阻值相比之下,再次成为所定的电阻值。如上述的本发明的试料No.401、402是,在晶片面内的温度差±0.08℃、0.10℃,耐久试验后的电阻变化率成为0.24%、0.42%,与试料No.403、404相比显示了良好的特性。
(实施例17)
对热传导率为80W/(m·K)的碳化硅质烧结体进行研削加工,制作复数个板厚度4mm、外径230mm的圆板状板状体(2),为了在各板状体(2)的一侧的主面附着绝缘层(4),对玻璃粉末通过丝网印刷法敷设作为粘合剂的乙基纤维素和作为有机溶剂的松油醇混练而作制的玻璃膏剂,以150℃加热干燥有机溶剂后,在550℃进行脱脂处理30分钟,再在700~900℃温度进行烧成,从而形成了由玻璃组成的厚度200□的绝缘层(4)。接着为了在绝缘层(4)上附着电阻发热体(5),通过丝网印刷法以所定的模式状态印刷作为导电材将20重量%Au粉末、10重量%Pt粉末、70重量%的玻璃与所定量的粘合剂、溶剂混合的膏剂后,以150℃加热干燥有机溶剂,再在450℃进行脱脂处理30分钟后,在500~700℃温度进行烧成,从而形成厚度50□的电阻发热体(5)。电阻发热体(5)采用了把中心部和外周部向周围方向进行4分割的5个模式构成。
复数区分如上述准备的电阻发热体(5)的带,而测定了电阻值。而且,测定的电阻值和设计电阻值比较,使用激光波长为1.06□的YAG激光,变更到输出0.2~1.0W,使槽的加工速度以2~20mm/sec的范围内加工槽,调整了各区分的电阻值。
并且,通过丝网印刷一部分Zn系玻璃膏剂,制作成在电阻发热体(5)上的槽加工端部形成保护层(16)的样品和在空气喷出口(12)附近的电阻发热体(5)一带上形成玻璃的保护层(16)的样品。
之后,施加板状体(2)的整体温度1分种之间可以达到350℃的电压,保持3分种之后,以6kg/mm3、80L/min的空气,加上2分种之间强制冷却到40℃以下的冷热循环5000循环,调查了在其前后形成槽的部分的电阻值的变化。
电阻值的测定,设定使由四端子法能考虑到接触电阻而测定。作为评价基准,上述耐久试验中,如果被分割的电阻发热体(5)的整体电阻值的电阻变化率为5%以内,则判断为其可以实用。还有,如果超过5%,则判断为不能实用。
并且,槽端部的圆弧状部分的圆弧的直径或初期最长裂缝长度,将槽的端部用显微镜摄影,进行图像处理而算出。端部圆弧直径,测定3处端部圆弧直径,以其平均值(D)和加工槽的槽宽度的3处的平均值作为槽宽度(AV),从而求得了D/AV(端部圆弧直径/槽宽度)。而且,关于从槽端部产生的裂缝长度,以裂缝具有的槽的宽度方向的最大距离为初期最长裂缝长度而测定了。各个的结果如17上所示。
(表17)
  试料No.   激光加工速度(mm/s)   激光出力(W)   端部的形状   端部的圆弧直径/槽宽度   初期端部的裂缝个数(个)   初期最长裂缝的长度(□)   端部glasscoat有无   空气喷出口附近的glasscoat有无   电阻变化率(%)
  501   20   0.5   锐角   -   18   178   无   无   13.2
  502   17   0.5   圆弧   0.4   14   120   无   无   4.3
  503   3   1.0   ↑   3.2   7   112   无   无   4.3
  504   15   0.5   ↑   0.5   9   105   无   无   3.8
  505   4   0.8   ↑   3   8   82   无   无   3.4
  506   4   0.7   ↑   2.8   5   79   无   无   1.3
  507   5   0.8   ↑   2.6   4   66   无   无   1.2
  508   10   0.5   ↑   1.5   3   35   有   无   0.4
  509   10   0.5   ↑   1.2   0   0   有   有   0.2
如表17所示,本发明的范围以外的样品No.501电阻变化率为13.2%非常大。觉得这是因为激光开始加工·结束时可动镜(29)回转加速度很大、槽的端部是锐角,根据由冷热循环发生的热膨胀差的应力集中到槽的端部,与裂缝的发生同时进行。并且,能推测其会引起电阻发热体(5)断线。
对此,能知,本发明的样品No.502~509,全都电阻变化率为4.3%以下很小,能得到良好的耐久性。
而且,能知,槽端部的圆弧直径为槽宽度的0.5~3倍的范围以外的样品No.502,503的电阻变化率为4.2~4.3%稍大。而且,槽端部的的圆弧直径为槽宽度的0.5~3倍的样品No.504~509,耐久试验后的电阻变化率为3.8%以下很小,更佳。而且,能知,如样品No.506~509裂缝为5个以下,电阻变化率为0.2~1.3%更小为宜。还有,耐久性评价时,裂缝的长度为100□以下为宜。而且,样品No.508中,如果在槽端部的电阻发热体上形成保护层,能抑止裂缝的进行,电阻变化率为0.4%很小,耐久性更加提高了。并且,样品No.509中,如果在空气喷出口附近的电阻发热体上形成保护层,电阻变化率为0.2%变最小,耐久性更加提高了。觉得这是因为,能防止由热冲击产生的裂缝的同时,能防止由高压的空气流的电阻发热体的。

Claims (22)

1.一种加热器,包括:
板状体;和
形成在上述板状体表面的带状电阻发热体,
其特征在于:
上述带状电阻发热体具有槽部,上述板状体的表面上具有定位表示部,其上述定位表示部是与上述槽部相对应而形成的。
2.根据权利要求1所述的加热器,其特征在于:上述槽部是用于调整上述电阻发热体的电阻值的。
3.根据权利要求1所述的加热器,上述板状体由陶瓷构成。
4.根据权利要求1所述的加热器,上述定位表示部为便于形成槽部的,且从上述带状电阻发热体向侧方突出的凸部。
5.一种加热器,包括:
板状体;和
形成在上述板状体表面的带状电阻发热体,
其特征在于:
上述带状电阻发热体具有槽部,和便于形成槽部的,且从上述带状电阻发热体向侧方突出的凸部。
6.根据权利要求1所述的加热器,上述电阻发热体由绝缘性组成物和导电性组成物的复合材构成,上述槽部表面上的上述导电性组成物的密度小于上述电阻发热体内部的导电性组成物的密度。
7.根据权利要求6所述的加热器,上述槽部表面上的上述导电性组成物的平均粒径为1~20□。
8.根据权利要求6所述的加热器,上述电阻发热体具有被由上述导电性组成物构成的多数个导电性粒子所围绕的上述绝缘性组成物。
9.根据权利要求1所述的加热器,在圆状的上述板状体上,形成同心圆状形的上述电阻发热体,该电阻发热体上,大致在其宽度方向的中央部分,形成由复数个上述槽部构成的群。
10.根据权利要求1所述的加热器,其中,
上述电阻发热体,在圆状的板状体上以同心圆状形成;
上述槽部,偏在于上述电阻发热体上的上述板状体的半径方向的内侧或者上述板状体的半径方向的外侧。
11.根据权利要求1所述的加热器,上述电阻发热体具有沿着其长度方向形成的复数个上述槽部构成的群,该复数个上述槽部,排列于跟上述长度方向大致垂直的方向。
12.根据权利要求11所述的加热器,上述复数个槽部中,一部分槽部的长度与其他槽部的长度不同。
13.根据权利要求11所述的加热器,上述复数个槽部中,位于上述电阻发热体的宽度方向的外侧的槽部的长度与其他槽部的长度不同。
14.根据权利要求1所述的加热器,上述槽部的端部为圆弧状。
15.根据权利要求14所述的加热器,上述槽部的端部上的上述圆弧状部分,具有相当于上述槽部宽度的0.5~3倍的圆直径的曲率半径。
16.根据权利要求14所述的加热器,在上述槽部的端部形成保护层。
17.根据权利要求1所述的加热器,上述电阻发热体具有沿着其长度方向以几乎相同长度形成的复数个上述槽部构成的群,该复数个上述槽部,排列于跟上述长度方向大致垂直的方向,并且相邻接的群之间的间隔小于上述电阻发热体的宽度。
18.根据权利要求17所述的加热器,上述相邻接的群之间的间隔为1mm以下。
19.根据权利要求1所述的加热器,上述槽部是利用激光加工而成。
20.一种晶片加热装置,其特征在于:
权利要求1所记载的加热器中,上述板状体的一侧的主面上具有复数个上述电阻发热体,另一侧的主面上具有装载晶片的装载面,而且具有向上述复数个电阻发热体独立供应电力的供电部和围绕该供电部的金属套;
上述复数个电阻发热体由形成在上述板状体的中央部分的圆形电阻发热体区域,和在其外侧以同心圆状形成的复数个圆环状的电阻发热体区域构成;
至少位于最外周的上述圆环状的电阻发热体区域,具有位于在上述同心圆中大致成等角的中心角的复数个直线上的复数个上述定位表示部。
21.一种晶片加热装置,其特征在于:
权利要求5所记载的加热器中,上述板状体的一侧的主面上具有复数个上述电阻发热体,另一侧的主面上具有装载晶片的装载面,而且具有向上述复数个电阻发热体独立供应电力的供电部和围绕该供电部的金属套;
上述复数个电阻发热体由形成在上述板状体的中央部分的圆形电阻发热体区域,和在其外侧以同心圆状形成的复数个圆环状的电阻发热体区域构成;
至少位于最外周的上述圆环状的电阻发热体区域,具有位于在上述同心圆中大致成等角的中心角的复数个直线上的复数个上述凸部。
22.一种加热器的制造方法,该加热器具有形成在板状体的一侧主面上的电阻发热体,该电阻发热体具有复数个槽部,其特征在于包括:
在上述板状体的一侧的主面上形成上述电阻发热体,和作为上述槽部的定位基准的定位表示部的工序;
测定上述电阻发热体一定区间的电阻值的工序;和
将该测定的电阻值和所定电阻值相比,以上述定位表示部为基准,在上述电阻发热体的上述一定区间的一部分区间,利用激光形成上述槽部,以便使上述一定区间的电阻值成为上述所定电阻值的工序。
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