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TECHNISCHES
GEBIET
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Diese
Erfindung betrifft ein keramisches Heizelement, das hauptsächlich in
einer Halbleiterindustrie als statische Einspannvorrichtung, Waferscheibensondiergerät oder dergleichen
zum Trocknen oder zur Sputterbehandlung verwendet wird, und insbesondere
wird ein keramisches Heizelement vorgeschlagen, das sogar bei einer
langfristigen Verwendung in einer oxidierenden Atmosphäre einen
Widerstandswert nicht ändert und
eine ausgezeichnete Temperatursteuerbarkeit hat.
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HINTERGRUND
ZUM STAND DER TECHNIK
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Halbleiterprodukte
werden im Allgemeinen hergestellt, indem eine Siliziumscheibe mit
einem lichtempfindlichen Harz als Ätzabdeckung geätzt wird,
um elektronische Stromkreise oder dergleichen auszubilden. In einem
solchen Herstellungsverfahren sollte das flüssige lichtempfindliche Harz,
das auf die Oberfläche
der Siliziumscheibe aufgetragen wird, nach der Auftragung durch
eine Schleuderauftragmaschine getrocknet werden. Zu diesem Zweck
wird die Trocknung durchgeführt,
indem die Siliziumscheibe, die mit dem lichtempfindlichen Harz beschichtet
ist, mittels eines Heizelements geheizt wird.
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Als
ein solches Heizelement ist bisher eines verwendet worden, welches
dadurch erhalten wird, indem ein Heizkörper auf einer rückseitigen
Oberfläche
eines metallischen Substrats wie Aluminium oder dergleichen ausgebildet
wird.
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Wenn
jedoch das Heizelement, bei dem ein solches metallisches Substrat
verwendet wird, beim Trocknen des Halbleiterproduktes verwendet
wird, gibt es die folgenden Probleme. Das Substrat des Heizelements ein
Metall, so dass die Dicke des Substrats auf ungefähr 15 mm
verdickt werden sollte. Wenn ein dünnes Metallsubstrat verwendet
wird, werden Verwerfungen oder Verspannungen auf Grund der thermischen
Expansion verursacht, die aus dem Heizen resultieren, was die Scheibe
beeinflusst, die auf ein solches metallisches Substrat gesetzt wird
und dadurch geheizt wird, was ein Brechen oder Verkippen verursacht.
Unterdessen kann dieses Problem gelöst werden, indem das Substrat
verdickt wird, aber das Gewicht des Heizelements wird erhöht, und
es wird voluminös.
Wenn die Heiztemperatur des Heizelements dadurch gesteuert wird,
dass eine Spannungs- oder eine Stromgröße geändert wird, die am Heizelement
angelegt ist, welches am Substrat angebracht ist, folgt weiterhin,
dass wenn die Dicke des metallischen Sub strats groß ist, die
Temperatur des Substrats sich nicht schnell und nicht gemäß den Spannungs-
oder der Stromgrößenschwankungen ändert, und dann
gibt es ein Problem, dass die Temperatursteuerung schwierig ist.
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In
diesem Zusammenhang ist bisher ein keramisches Heizelement unter
Verwendung eines Nitrids als ein Substart vorgeschlagen worden (JP-A-11-40330).
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Bei
dieser herkömmlichen
Technik werden jedoch der elektrische Stromkreis und der Heizkörper, der auf
dem Substrat ausgebildet wird, hergestellt, indem ein gesintertes
Metall verwendet wird, so dass eine Streuung in die Dicke des Heizkörpers verursacht
werden kann, und folglich gibt es Probleme damit, dass der Widerstandswert
variiert und nicht die genaue Temperaturreglung weitergegeben wird
und eine ungleichmäßige Temperaturverteilung
auf einer Heizfläche
des Halbleiterproduktes, das geheizt werden soll, wie etwa eines Wafers,
verursacht wird.
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Das
Dokument US-A-5665260 offenbart eine keramische elektrostatische
Einspannvorrichtung mit einem Heizelement, worin eine Wärme erzeugende
Schicht aus einer elektrisch leitenden Keramik auf die Oberfläche des
Trägersubstrats
geklebt ist.
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Es
ist ein Gegenstand der Erfindung, ein keramisches Heizelement bereitzustellen,
welches dazu geeignet ist, die Temperatursteuerung genau und schnell,
sowie ohne eine Streuung des Widerstands auf Grund der oben genannten
Probleme, die dem herkömmlichen
keramischen Heizelement innewohnen, weiterzuleiten, und insbesondere
die Qualität
des Heizkörper.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfinder haben Studien durchgeführt,
das oben genannte Ziel zu erreichen, und haben herausgefunden, dass,
wenn der Heizkörper,
der in dem keramischen Heizelement ausgebildet werden soll, so ausgebildet
wird, indem eine nicht-gesinterte Metallfolie, z.B. eine Metallfolie,
die durch Walzen oder Überziehen (insbesondere
elektrisches Galvanisieren) ausgebildet wird, anstelle des obigen
gesinterten Körpers
verwendet wird, die Qualität
(Homogenität)
des Heizkörper
ausgezeichnet ist, und die Probleme, die dem obigen gesinterten
Heizkörper
innewohnen, überwunden
werden können.
Es ist auch herausgefunden worden, dass, selbst wenn eine elektrisch
leitende Keramik als Heizkörper
verwendet wird, die oben genannten Probleme, die dem gesinterten
Heizkörper
innewohnen, überwunden
werden können,
wenn zuvor ein Dünnfilmmuster ausgebildet
wird, indem der Dünnfilm
der elektrisch leitenden Keramik im Substrat einbettet oder durch
Adhäsion
auf die Oberfläche
des Substrats befestigt wird.
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Mit
dem oben genannten Wissen ist die Erfindung im Wesentlichen ein
keramisches Heizelement nach Anspruch 1 und 7.
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Bei
dem keramischen Heizelement gemäß der Erfindung
ist es wünschenswert,
dass eine Dicke der Metallfolie nicht-gesinterter Art oder des nicht-gesinterten
elektrisch leitenden keramischen Dünnfilms 10-50 μm ist, vorzugsweise
10-20 μm.
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Außerdem ist
der Heizkörper
vorzugsweise auf einer Fläche
gegenüber
einer Heizfläche
ausgebildet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Unterseite eines keramischen Heizelements
(Nicht-Heizseite);
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2 ist
eine graphische Teilschnittsansicht, die eine Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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3 ist
eine graphische Teilschnittsansicht, die eine andere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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4 ist
eine graphisch Teilschnittsansicht, welche die andere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht;
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5 ist
eine graphische Teilschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht; und
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6 ist
eine graphische Teilschnittsansicht, die noch eine weitere Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht.
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BESTE FORM
ZUR AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Merkmal des keramischen Heizelements gemäß der Erfindung besteht darin,
dass der Heizkörper auf
der Oberfläche
des keramischen Substrats oder im Inneren davon ausgebildet ist,
und dass eine Metallfolie nicht-gesinterter Art, d.h. ein gewalztes
Element, das durch Schmelzen und Reinigen und nachfolgendem Walzen
ausgebildet wird (einschließlich
Schmieden), oder eine dichte Metallfolie, wie ein plattiertes Element,
das durch elektrisches Überziehen
erhalten wird, als Heizkörper
verwendet wird. Solch eine Metallfolie ist gleichmäßig in Dicke
und Dichte und klein in der Streuung des Widerstandswerts. Und weiter,
selbst im Fall der Verwendung der elektrisch leitenden Keramik als
Heizkörper,
wenn zuvor ein Dünnfilmmuster
auf der Oberfläche des
keramischen Substrats unter atmosphärisch abgeschirmten Bedingungen
durch eine hitzebeständige Harzschicht
ausgebildet wird und auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht
oder im Innern davon eingebettet wird, kann die Dicke gleichmäßig ausgebildet
werden, und die zuvor erwähnten
Probleme können überwunden
werden.
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Als
elektrisch leitende Keramik ist es wünschenswert, wenigstens eines
aus der Gruppe, die aus Siliziumkarbid, Wolframkarbid, Titankarbid
und Kohlenstoff besteht, auszuwählen.
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In
einem solchen elektrisch leitenden keramischen Dünnfilm kann ein Heizkörpermuster
durch Ätzen oder
Stanzen ausgebildet werden nachdem der Dünnfilm aus elektrisch leitender
Keramik ausgebildet ist, oder ein Dünnfilm kann in ein Heizkörpermuster
gebracht und dann gesintert werden.
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Die
Dicke der nicht-gesinterten Metallfolie oder des elektrisch leitenden
keramischen Dünnfilms
ist wünschenswert
10-50 μm
vorzugsweise 10-20 μm.
Wenn die Dicke weniger als 10 μm
ist, ist die Handhabung bei der Adhäsion an das keramische Substrat
schwierig, während
wenn sie 50 μm übersteigt,
eine Unterätzung bei
der Ätzung
erzeugt wird, was zu der Streuung des Widerstandswertes führt. Das
Metall, das verwendet wird, ist wünschenswert mindestens eines
aus Metallen und Legierungen, wie Nickel, rostfreiem Stahl, Nichrom
(Ni-Cr-Legierung), Canthal (Fe-Cr-Al-Legierung) und so weiter, ausgewähltes.
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Als
Adhäsionsform
der oben genannten Metallfolie oder des elektrisch leitenden keramischen
Dünnfilms
an die Oberfläche
des keramischen Substrats, wird vorteilhaft eine Form angepasst,
indem ein isolierendes Material zuerst auf die gesamte Oberfläche des
keramischen Substrats aufgebracht wird und die Metallfolie durch
das Isoliermaterial angehaftet und einer Aushärtebehandlung unterworfen wird
(2), eine Form, worin ein hitzebeständiges Harz
zuvor auf die Oberfläche
des keramischen Substrats gemäß einem
Heizkörpermuster
gedruckt wird, und die Metallfolie oder der elektrisch leitende
keramische Dünnfilm
wird auf die hitzebeständigen
Harzschicht angehaftet und einer Aushärtebehandlung (3)
unterworfen, und dergleichen.
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Als
das andere Verfahren kann es eine Form geben, worin die Metallfolie
oder der elektrisch leitende keramische Dünnfilm auf der Oberfläche des
keramischen Substrats angeordnet wird und ein Film aus Isoliermaterial
im B-Zustand auf die Metallfolie gedeckt wird oder der elektrisch
leitende Dünnfilm
heiß gepresst
wird, um das keramische Substrat zu bedecken und damit befestigt
zu sein (4).
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Und
es kann auch eine Form geben, wie in 5 gezeigt,
worin eine Isoliermaterialschicht 3a zuerst auf die Oberfläche des
keramischen Substrats aufgebracht wird und ein Muster eines Heizkörpers 2 (Metallfolie
oder elektrisch leitender keramischer Dünnfilm) daran befestigt wird
und weiterhin ein hitzebeständiger Harzfilm 3b darauf
gedeckt und daran befestigt wird.
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Als
Isoliermaterial können
ein hitzebeständiges
Harz oder ein anorganischer Verbinder verwendet werden. Als anorganischer
Verbinder können
ein anorganisches Sol, eine Glaspaste oder dergleichen verwendet
werden. Das anorganische Sol wird durch Aushärten in ein anorganisches Gel überführt und
dient als ein anorganisches Adhäsionsmittel.
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Als
Beispiel für
das hitzebeständige
Harz, das bei der Adhäsion
des Heizkörpers
verwendet wird, ist ein aushärtbares
Harz geeignet, das wenigstens eines ausgewählt aus der Gruppe, die aus
Polyimidharz, Epoxidharz, Phenolharz, Silikonharz und so weiter
besteht, ist.
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Als
das anorganische Sol kann wenigstens eines, ausgewählt aus
Silikasol, Tonerde-Sol und hydrolisiertes Polymer des Alkoxids,
verwendet werden.
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Der
anorganische Binder, wie anorganisches Sol (anorganisches Gel nach
dem Aushärten),
Glaspaste und dergleichen, hat eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit
und verursacht keinen Wärmeabbau
und keinen Abzug des Heizkörpers,
so dass er vorteilhaft ist. Als Muster des Heizkörpers, das auf der Oberfläche des keramischen
Substrats ausgebildet wird, ist es wünschenswert, ein Muster anzunehmen,
in dem ein Stromkreis in wenigstens zwei Teile geteilt ist, wie
in 1 gezeigt. Durch die Teilung des Stromkreises
wird ein Strom gesteuert, der an jeden Stromkreis angelegt wird,
um eine Wärmeerzeugungsmenge
zu ändern,
und dadurch eine Temperatureinstellung einer Heizfläche zu erleichtern.
Als solch ein Heizkörpermuster
kann ein Wirbel, ein konzentrischer Kreis, ein exzentrischer Kreis,
eine gebogene Linie und dergleichen eingesetzt werden.
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Als
das andere Verfahren der Ausbildung des Heizkörpermusters gemäß der Erfindung
kann ein Verfahren verwendet werden, worin eine gerollte Metallfolie,
eine überzogene
Metallfolie oder ein elektrisch leitender keramischer Dünnfilm,
der auf die Oberfläche
des keramischen Substrats angehaftet wird, durch eine Ätzabdeckung
geätzt
wird, ein Verfahren, worin ein zuvor in einen gegebenen Stromkreis
gestanztes durch ein Adhäsionsmittel
(Harz) auf das Substrat gehaftet wird, und dergleichen.
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Das
keramische Substrat, das in der Erfindung verwendet wird, hat vorteilhaft
eine Dicke von 0,5-25 mm, vorzugsweise 0,5-5 mm, höchst vorzugsweise
ungefähr
1-3 mm. Wenn die Dicke weniger als 0.5 Millimeter beträgt, wird
leicht ein Brechen verursacht, während,
wenn es 25 mm übersteigt,
die Wärmekapazität zu groß ist und
die Temperaturnachfolge vermindert ist. Weiterhin gibt es, wenn
sie mehr als 5 Millimeter ist, keinen bedeutenden Unterschied zum
Metallsubstrat.
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Als
Material des keramischen Substrats kann eine Oxidkeramik, eine Nitridkeramik,
eine Karbidkeramik und dergleichen verwendet werden, aber die Nitridkeramik
und die Karbidkeramik sind besonders geeignet. Als die Nitridkeramik
ist eine Metallnitridkeramik, z.B. wenigstens eines ausgewählt aus
Aluminiumnitrid, Silikonnitrid, Bornitrid und Titannitrid geeignet.
Als die Karbidkeramik ist eine Metallkarbidkeramik, z.B. wenigstens
eines ausgewählt
aus Silikonkarbid, Zirkoniumkarbid, Titankarbid, Tantalkarbid und
Wolframkarbid geeignet.
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Aus
diesen Keramiken ist Aluminiumnitrid am meisten vorzuziehen. Weil
das Aluminiumnitrid den höchsten
thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten
von 180 W/mK hat und ausgezeichnet in der Temperaturnachfolge ist.
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Bei
der Erfindung ist es vorteilhaft, dass ein Thermoelement zur Steuerung
der Temperatur, wenn es erforderlich ist, im keramischen Substrat
eingebettet wird, weil die Temperatur des Substrats durch das Thermoelement
gemessen wird und die Spannung und der Strom, die am Heizkörper angelegt
werden, auf Grund der gemessenen Daten geändert werden können, um
die Temperatur des Substrats zu steuern.
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Das
keramische Heizelement gemäß der Erfindung
kann auch in einer solchen Form verwendet werden, dass eine Vielzahl
von Durchgangslöchern 4 im
keramischen Substrat ausgebildet sind und Tragstifte 7 in
diese Durchbohrungen 4 eingesetzt werden und ein Halbleiterwafer
oder einer anderes Teil auf die Oberseiten der Stifte gesetzt wird,
damit das Heizelement einer Heizfläche gegenüber ist, wie in 2 gezeigt.
Diese Tragstifte können
in die Richtungen nach oben und nach unten verschoben werden, was
wirkungsvoll ist, wenn der Halbleiterwafer einer Überragungsmaschine
(nicht gezeigt) zugeliefert oder der Halbleiterwafer von der Übertragungsmaschine
empfangen wird.
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Außerdem ist
bei dem keramischen Heizelement gemäß der Erfindung eine Fläche des
Halbleiterwafers, die geheizt werden soll, gegenüber einer Fläche des
Substrats, das den Heizkörper
bildet. Deshals kann die Scheibe gleichmäßig geheizt werden, weil der
Wärmediffusionseffekt
groß ist.
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Nun
wird ein Herstellungsbeispiel für
das keramische Heizelement gemäß der Erfindung
beschrieben.
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A. Im Fall der Ausbildung
eines Heizkörpers
auf einer Oberfläche
eines keramischen Substrats:
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- (1) Ein Schritt, damit eine isolierende Karbidkeramik
oder ein isolierendes Karbidkeramikpulver gut mit einem Verbinder
oder einem Lösungsmittel
gemischt und geformt wird, um einen geformten Körper zu bilden, der gesintert
ist, um einen tellerförmigen
Körper
aus Nitridkeramik oder Karbidkeramik (keramisches Substrat) zu bilden.
Dieser
Schritt ist ein Schritt, dass Pulver aus Aluminiumnitrid, aus Silikonkarbid
oder dergleichen mit einem Sinterhilfsmittel wie Yttria oder dergleichen
und einem Bindemittel zusammengebracht und durch ein Verfahren wie
Sprühtrocknung
oder dergleichen granuliert wird, und dann werden das Granulat in
eine Form gelegt und gepresst, um einen tellerförmigen ungesinterten Körper auszubilden.
Außerdem kann
der ungesinterte geformte Körper
mit Durchgangslöchern 4 versehen
werden und Tragstifte 7 eingesetzt werden, die zum Tragen
eines Halbleiterwafers auf einer Heizelementfläche des Substrats verwendet
werden, und mit einem unteren Loch 5, welches ein Temperatur-Messelement 6 wie
ein Thermoelement oder dergleichen, falls erforderlich, einbettet.
Dann
wird der ungesinterte geformte Körper
eingebrannt und gesintert, indem er geheizt wird, um einen keramischen
tellerförmigen
Körper
(keramisches Substrat) herzustellen. Beim Einbrennen durch Heizen kann
in diesem Schritt das porenfreie keramische Substrat hergestellt
werden, indem der ungesinterte geformte Körper gepresst wird. Das Einbrennen
durch Heizen kann über
eine Sintertemperatur hinaus durchgeführt werden. Bei der Nitridkeramik
oder der Karbidkeramik sind es ungefähr 1000-2500°C.
- (2) Ein Schritt der Ausbildung eines Heizkörpers auf dem keramischen Substrat:
In
diesem Schritt wird eine zuvor und separat hergestellte Metallfolie
nicht-gesinterter Art (gerollte Folie, die erhalten wird, indem
ein geschmolzenes gereinigtes Material, eine überzogene Folie, die durch
elektrisches Überziehen
gewonnen wird, oder dergleichen, gerollt wird) oder ein elektrisch
leitender keramischer Dünnfilm
wird mit einer Säure,
einer Lauge oder dergleichen geätzt
oder gestanzt wird, um ein Heizkörpermuster auszubilden.
Dieses Heizkörpermuster
wird auf die Oberfläche
des Substrats oder die Oberfläche
der Metallfolie nicht-gesinterter Art oder dem elektrisch leitenden
keramischen Dünnfilm
nach dem Aufbringen eines ungehärteten
hitzebeständigen
Harzes, einem anorganischen Sol, einer Glaspaste oder dergleichen gesetzt
und befestigt, indem das hitzebeständige Harz oder das anorganische
Sol ausgehärtet
wird, oder indem die Glaspaste eingebrannt wird.
- (3) An ein Ende des Heizkörpermusters
wird mittels eines Lötmittels
ein Anschluss zum Anschließen
an eine Energiequelle angebracht. Ein Ende des Heizkörpermusters
kann auch durch Verstemmen befestigt werden, ohne das Lötmittel
zu verwenden. Bei diesem Punkt ist die Befestigung durch Verstemmen
des Metalls gesinterter Art schwierig, aber es ist bei der Metallfolie
nicht-sinternder Art möglich,
die in der Erfindung verwendet wird. Außerdem wird ein Temperaturmesselement 6 wie
etwa ein Thermoelement oder dergleichen in ein unteres Loch 5,
das in das keramische Substrat eingebracht ist, von einer Nicht-Heizfläche davon
eingesetzt, und ein hitzebeständiges
Harz wie Polyimid oder dergleichen wird in das Loch eingefüllt und
zusammen versiegelt. Außerdem
kann solch ein Temperaturmesselement in einem Presszustand (Kontaktieren)
mit der Oberfläche
des Substrats sein.
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B. Im Falle der Ausbildung
eines Heizkörpers
im Inneren eines keramischen Substrats:
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Eine
isolierende Nitridkeramik oder ein isolierendes Karbidkeramikpulver
wird gut mit einem Bindemittel oder einem Lösungsmittel gemischt und in
eine ungesinterte Platte geformt, und eine Metallfolie oder ein elektrisch
leitender keramischer Dünnfilm
wird zwischen den ungesinterten Platten angeordnet, um einen lamellierten
Körper
zu bilden, und dann wird das Laminat heißgepresst und eingebrannt.
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Außerdem kann
die ungesinterte Platte mit Durchgangslöchern 4 zum Einsetzen
von Tragstiften 7 versehen sein, die zum Tragen eines Halbleiterwafer
auf einer Heizfläche
des Substrats verwendet werden, und mit einem unteren Loch 5 versehen
sein, das ein Temperaturmesselement 6 wie etwa ein Thermoelement
oder dergleichen einbettet, falls es notwendig ist, wie oben erwähnt.
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Dann
werden die ungesinterten Platten durch Heizen und Sintern eingebrannt,
um einen keramischen tellerförmigen
Körper
(keramisches Substrat) herzustellen. Beim Einbrennen durch Heizen
kann in diesem Schritt das porenfreie keramische Substrat hergestellt
werden, indem die ungesinterten Platten gepresst werden. Das Einbrennen
durch Heizen kann über
eine Sintertemperatur hinaus durchgeführt werden. Bei der Nitridkeramik
oder der Karbidkeramik sind es ungefähr 1000-2500°C .
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BEISPIELE
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Beispiel 1 (keramisches
Substrat aus Aluminiumnitrid)
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- (1) Eine Zusammensetzung, die 100 Gewichtsanteile
Aluminiumnitridpulver (durchschnittliche Teilchengröße 1,1 μm), 4 Gewichtsanteile
Yttriumoxid (durchschnittliche Teilchengröße 0,4 μm), 12 Gewichtsanteile eines
Acrylbindemittels und einen Restanteil aus einem Alkohol, wird durch
ein Sprühtrockenverfahren
granuliert.
- (2) Das obige granulierte Pulver wird in eine Form gegeben und
in eine flache Platte geformt, um einen ungesinterten geformten
Körper
zu erhalten. Bei gegebenen Positionen des ungesinterten geformten
Körpers werden
Durchgangslöcher 4 für das Einsetzen
der Tragstifte 7, die einen Halbleiterwafer tragen, und
eine unteres Loch 5 für
das Einbetten eines Thermoelements 6 durch Bohren ausgebildet.
- (3) Der obige ungesinterte geformte Körper wird bei 1800°C unter einem
Druck von 200 kg/cm2 heiß gepresst, um einen tellerförmigen Körper aus
Aluminiumnitrid zu erhalten, der eine Dicke von 3 mm hat. Der tellerförmige Körper wird
in eine Scheibe, die einen Durchmesser von 210 mm hat, als tellerförmiges keramisches
Substrat 1 ausgeschnitten.
- (4) Es wird eine Metallfolie zur Verfügung gestellt, die ausgebildet
wird, indem ein Polyäthylenterephthalatfilm
auf eine einseitige Oberfläche
eines gerollten rostfreien Stahlblechs, das eine Dicke von 20 μm hat, angehaftet,
und weiterhin wird ein lichtempfindlicher trockener Film auf die
Metallfolie lamelliert, der einem ultravioletten Strahl durch eine
Maske ausgesetzt wird, die mit einem Heizkörpermuster versehen ist, und
mit einer wässerigen
Lösung
von 0,1% Natriumhydroxid entwickelt, um eine Ätzabdeckung zu bilden.
Dann
wird eine Ätzbehandlung
durch Eintauchen in eine Mischlösung
aus Flusssäure
und Salpetersäure und
eine Entwicklungsbehandlung mit einer wässerigen Lösung aus 1N Natriumhydroxid
durchgeführt,
um ein Heizkörpermuster
(folienförmiges
Muster) auf dem Polyäthylenterephthalatfilm
auszubilden.
- (5) Ein ungehärtetes
Polyimid wird auf einer einseitigen Oberfläche des keramischen Substrats
aus Abschnitt (3) aufgebracht, und das Heizkörpermuster (folienförmiges Muster)
wird darauf gesetzt, um die Metalloberfläche am ungehärteten Polyimid
anzuhaften, und unter Heizen bei 200°C durch Aushärten integral zu vereinigen.
Danach wird der Polyäthylenterephthalatfilm
abgezogen.
- (6) Eine Sn-Pb Lötmittelpaste
wird auf einen Teil gedruckt, an dem einen Stift zur Verbindung
eines externen Anschlusses zum Sicherstellen des Anschlusses an
eine Energiequelle durch Siebdrucken 1 angebracht wird,
um eine Lötmittelschicht
auszubilden. Dann wird ein Stift aus Koval für die Verbindung des externen
Anschlusses auf die Lötmittelschicht
gesetzt und durch Heizen bei 360°C
reflow-gelötet,
um den Anschlussstift zu befestigen.
- (7) Ein Thermoelement 6 wird zur Steuerung der Temperatur
in das untere Loch 5 eingesetzt, und weiterhin wird ein
Polyimidharz eingefüllt
und bei 200°C
geheizt, um eine keramisches Heizelement zu erhalten.
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Beispiel 2 (Verwendung
von Harz der Stufe B)
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Eine
keramisches Heizelement wird auf die gleiche Weise wie in Beispiel
1 zur Verfügung
gestellt, außer
dass ein Acryl-Anhaftmittel auf ein keramisches Substrat aufgebracht
und eine Folie aus rostfreiem Stahl darauf gesetzt wird, und der
Polyäthylente rephthalatfilm
wird abgezogen, und ein Polyimid der Stufe B, das durch Aufbringen
von Polyimid auf ein Fluorharzbogen und Trocknen erhalten wird,
wird aufgesetzt und integral vereinigt, indem bei 200°C unter einem
Druck von 80 kg/cm2 geheizt wird, und dann
wird der Fluorharzfilm abgezogen.
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Beispiel 3 (Einbetten
des Heizkörpers
im Inneren des Substrats)
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- (1) Ein ungesinterter Bogen, der eine Dicke
von 0,47 mm hat, wird durch eine Rakelklingenverfahren aus einer
Zusammensetzung geformt, die 100 Gewichtsanteile Aluminiumnitrid-Pulver
(hergestellt von Tokuyama Co., Ltd., durchschnittliche Teilchengröße 1,1 μm), 4 Gewichtsanteile
Yttria (durchschnittliche Teilchengröße 0,4 μm), 11,5 Gewichtsanteile eines
Acrylbindemittels, 0,5 Gewichtsanteile eines Dispergiermittels und
53 Gewichtsanteile einer Alkoholmischung aus 1-Butanol und Äthanol umfasst.
- (2) Nachdem der ungesinterte Bogen bei 80°C 5 Stunden lang getrocknet
wurde, wird durch Stanzen ein Loch für ein Durchgangsloch zum Anschließen eines
Heizkörpers
an einen externen Anschlussstift ausgebildet.
- (3) 100 Gewichtsanteile von Wolframkarbidpartikeln, die eine
durchschnittliche Teilchengröße von 1 μm haben,
3,0 Gewichtsanteile eines Acrylbindemittels, 3,5 Gewichtsanteile α-Terpinollösungsmittel
und 0,3 Gewichtsanteile eines Dispergiermittels werden gemischt
und dünn
auf ein SiC-Substrat aufgetragen, das mit BN-Pulver beschichtet
ist, und weiterhin wird ein anderes SiC-Substrat, das mit BN-Pulver
beschichtet ist, darauf gesetzt und bei 1900°C unter einem Druck von 200
kg/cm2 geheizt, um einen Dünnfilm aus
Wolframkarbid zu erhalten, der eine Dicke von 10 μm hat.
- (4) Der Dünnfilm
aus Wolframkarbid wird gestanzt, um ein Heizkörpermuster auszubilden, und
das Heizkörpermuster
wird zwischen zwei oder mehr ungesinterten Bögen angeordnet, um ein Laminat
zu bilden, das weiter bei 1800°C
unter einem Druck von 200 kg/cm2 heiß gepresst
wird, um einen tellerförmigen
Körper
aus Aluminiumnitrid zu erhalten, der eine Dicke von 3 mm hat. Dieser
tellerförmige
Körper
wird in eine Scheibe ausgeschnitten, die einen Durchmesser von 210
mm, um ein tellerförmiges
keramisches Substrat zur Verfügung
zu stellen hat.
- (5) Ein Loch, das den Dünnfilm
aus Wolframkarbid freistellt, wird auf dem keramischen Substrat
durch Bohren ausgebildet, und ein externer Anschluss wird mit einem
Goldlötmittel
(Ni-Au) verbunden und daran mit einem anorganischen Haftmittel befestigt
(hergestellt von Toa Gosei Co., Ltd. Aronceramic).
- (6) Weiterhin wird ein Thermoelement mit einem anorganischen
Haftmittel (hergestellt von Toa Gosei Co., Ltd. Aronceramic) an
der Oberfläche
befestigt (siehe 6).
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Beispiel 4 (Glasbeschichten
auf der SiC-Oberfläche)
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- (1) Eine Zusammensetzung, die 100 Gewichtsanteile
Silikonkarbidpulver (durchschnittliches Teilchengröße 1,1 μm), 4 Gewichtsanteile
B4C (durchschnittliches Teilchengröße 0,4 μm), 12 Gewichtsanteile
eines Acrylbindemittels und einen Restanteil aus Alkohol umfasst,
wird durch ein Sprühtrockenverfahren
granuliert.
- (2) Das granulierte Pulver wird in eine Form gelegt und in eine
flache Platte geformt, um einen ungesinterten geformten Körper zu
erhalten. Bei gegebenen Positionen des ungesinterten geformten Körpers werden Durchgangslöcher für das Einsetzen
der Tragstifte 7, die ein Halbleiterwafer 4 tragen,
und eine unterseitige Bohrung 5 zum Einbetten eines Thermoelements 6 durch
Bohren ausgebildet.
- (3) Der ungesinterte geformte Körper wird bei 1980°C unter einem
Druck von 200 kg/cm2 heiß gepresst, um einen tellerförmigen Körper aus
SiC zu erhalten, der eine Dicke von 3 mm hat. Der tellerförmige Körper wird in
eine Scheibe geschnitten, die einen Durchmesser von 210 mm hat,
um ein keramisches tellerförmiges Substrat 1 zu
erhalten.
- (4) Eine Glaspaste (hergestellt von Shoei Kagaku Kogyo Co.,
Ltd. G-5117) wird aufgetragen und der gleiche Dünnfilm aus rostfreiem Stahl
wie in Beispiel 1 wird angeordnet und auf 550°C gebracht, um den Dünnfilm aus
rostfreiem Stahl und das Glas integral zu vereinigen.
- (5) Eine Sn-Pb Lötmittelpaste
wird auf einem Teil gedruckt, was einen Stift für die Verbindung des externen Anschlusses
zum Sicherstellen der Verbindung mit einer Energiequelle durch Siebdruck 1 anbringt,
um eine Lötmittelschicht
auszubilden. Dann wird ein Stift aus Koval für die Verbindung des externen
Anschlusses auf die Lötmittelschicht
gesetzt und reflow-gelötet,
indem bei 360°C
geheizt wird, um den Anschlussstift zu befestigen.
- (6) Ein Thermoelement 6 zur Steuerung der Temperatur
wird mit einem Polyimidharz befestigt und bei 200°C geheizt,
um eine keramisches Heizelement zu erhalten.
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Vergleichsbeispiel
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- (1) Eine Zusammensetzung, die 100 Gewichtsanteile
Aluminiumnitridpulver enthält
(durchschnittliche Teilchengröße 1,1 μm), 4 Gewichtsanteile
Yttriumoxid (durchschnittliche Teilchengröße 0,4 μm), 12 Gewichtsanteile eines
Acrylbindemittels und einen Restanteil von Alkohol umfasst, wird
durch ein Sprühtrockenverfahren
granuliert.
- (2) Das granulierte Pulver wird in eine Form gelegt und in eine
flache Platte geformt, um einen ungesinterten geformten Körper zu
erhalten. Bei gegebenen Positionen des ungesinterten geformten Körpers werden Durchgangslöcher für das Einsetzen
der Tragstifte 7 ausgebildet, die einen Halbleiterwafer 4 tragen,
und eine unterseitige Bohrung 5 für das Einbetten eines Thermoelements 6 wird
durch Bohren ausgebildet.
- (3) Der ungesinterte geformte Körper wird bei 1800°C unter einem
Druck von 200 kg/cm2 heiß gepresst, um einen tellerförmigen Körper aus
Aluminiumnitrid zu erhalten, der eine Dicke von 3 mm hat. Der tellerförmige Körper wird
in eine Scheibe ausgeschnitten, die einen Durchmesser von 210 mm
hat, um ein keramisches tellerförmiges
Substrat 1 zu erhalten.
- (4) Auf dem keramischen Substrat 1 aus Abschnitt (3)
wird eine elektrisch leitende Paste für die Anordnung des Heizkörpers durch
ein Siebdruckverfahren gedruckt. Das gedruckte Muster ist ein konzentrisches Kreismuster,
wie in 1 gezeigt. Als solches wird eine elektrisch leitende
Paste Solvest PS603D verwendet, die von Tokuriki Kagaku Laboratory
hergestellt wird, die bei der Ausbildung von Durchbohrungen in einem
gedruckten Schaltplatine verwendet wird. Die elektrisch leitende
Paste ist eine Silber-Blei-Paste und enthält 7,5% Gewichtsanteile an
Metalloxiden, die aus Bleioxid, Zinkoxid, Silizium, Boroxid und
Aluminium (Gewichtverhältnis
von 5/55/10/25/5), basierend auf dem Gewicht von Silber, besteht.
Außerdem
hat Silber eine schuppige Form mit eine durchschnittlichen Teilchengröße von 4,5 μm.
- (5) Das keramische Substrat 1, das mit der elektrisch
leitenden Paste bedruckt ist, wird durch Heizen bei 780°C erhitzt,
um Silber und Blei in der elektrisch leitenden Paste zu sintern
und auf der Oberfläche
des Substrats 1 zu brennen. Das Heizkörpermuster des gesinterten
Silber-Blei-Körpers 4 hat
eine Dicke von 5 μm
und eine Breite von 2,4 mm und einen Oberflächenwiderstand von 7,7 mΩ/☐.
- (6) Das keramische Substrat 1 aus Abschnitt (5) wird
in ein stromloses Nickelbeschichtungsbad getaucht, das eine wässerige
Lösung
aus 30 g/l Nickelsulfat, 30 g/l Borsäure, 30 g/l Ammoniumchlorid
und 60 g/l Rochelle-Salz umfasst, um das Heizkörpermuster zu verdicken.
- (7) Eine Silber-Blei-Lötmittelpaste
wird auf einen Teil gedruckt, um einen externen Anschluss für das Sicherstellen
der Verbindung zu einer Energiequelle anzubringen, wodurch eine
Lötmittelschicht
ausgebildet wird (hergestellt von Tanaka Kikinzoku Co., Ltd.). Dann
wird ein Anschlussstift aus Koval auf die Lötmittelschicht gesetzt und
bei 360°C
reflow-gelötet,
um den Anschlussstift an der Oberfläche des Heizkörpers zu
befestigen.
- (8) Ein Thermoelement zur Steuerung der Temperatur wird eingesetzt
und ein Polyimidharz wird eingefüllt, um
ein Heizelement 100 zu erhalten.
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Beispiel 5
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Das
gleiche Verfahren wie in Beispiel 4 wird wiederholt, außer dass
ein Dünnfilm
aus Wolframkarbid als Heizkörper
verwendet wird.
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In
Bezug auf die keramischen Heizelemente der Beispiele und des Vergleichsbeispiels
wird die Streuung des Flächenwiderstands
im Heizkörper
gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt, aus der deutlich wird,
dass die Streuungen bei den Heizkörpern gemäß der Erfindung kleiner werden.
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Das
keramisches Heizelement wird auch über 1000 Stunden lang bei 250°C belassen,
um das Vorhandensein oder Fehlen von Anschwellen im Heizkörper zu
messen.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Das
keramische Heizelement gemäß der Erfindung
hat eine kleine Streuung des Widerstands und kann genau und schnell
die Temperatursteuerung bei der Trocknung eines flüssigen Abdecklacks
auf einem Wafer und dergleichen leiten. Weiterhin ist es als keramisches
Heizelement nützlich,
das zusammen mit einer statischen Einspannvorrichtung, einem Wafersondiergerät oder dergleichen
auf dem Gebiet der Halbleiterindustrie verwendet wird.
