JP6856334B2 - heater - Google Patents
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Description
本発明は、ヒータに関するものである。 The present invention relates to a heater.
ヒータとして、例えば、特許文献1に記載の半導体製造装置用セラミックヒータが知られている。特許文献1に記載の半導体製造装置用セラミックヒータは、上面に加熱面を有する複数のセラミック基板の積層体と、積層体の層間に設けられた発熱抵抗体およびプラズマ電極(内部電極)とを備えている。
As a heater, for example, a ceramic heater for a semiconductor manufacturing apparatus described in
近年、ヒータは、加熱面における更なる均熱性の向上が求められている。 In recent years, heaters are required to further improve the heat equalizing property on the heating surface.
内部電極と外部電源との接続は、例えば、特許文献2に記載の通り、セラミック基板の下面に内部電極の一部が露出するような凹部を形成するとともに、この凹部に給電用端子を挿入することによって行なわれる。しかしながら、特許文献1に記載の半導体製造装置用セラミックヒータにおいて上記の構成を採用すると、加熱面における均熱性を向上させることが困難であった。具体的には、内部電極に給電用端子を接触させてしまうと、その給電用端子から外部に向かって熱が排出されてしまうおそれがあった。そのため、加熱面のうち給電用端子の直上に位置する領域の温度が他の領域と比べて低くなるおそれがあった。
For the connection between the internal electrode and the external power supply, for example, as described in
本発明の一態様のヒータは、第1セラミック層と、該第1セラミック層に設けられた発熱抵抗体と、前記第1セラミック層に接着層を介して積層された第2セラミック層と、該第2セラミック層の内部に設けられた内部電極と、該内部電極に接続されるとともに、前記第2セラミック層から、前記接着層を通って、前記第1セラミック層まで設けられたリードと、前記リードに接続されるとともに、前記第1セラミック層に設けられた電極端子とを備えており、前記電極端子が前記第1セラミック層の側面に設けられていることを特徴とする。 The heater according to one aspect of the present invention includes a first ceramic layer, a heat generating resistor provided on the first ceramic layer, a second ceramic layer laminated on the first ceramic layer via an adhesive layer, and the like. An internal electrode provided inside the second ceramic layer, a lead connected to the internal electrode, and a lead provided from the second ceramic layer through the adhesive layer to the first ceramic layer, and the above. It is characterized in that it is connected to a lead and has an electrode terminal provided on the first ceramic layer, and the electrode terminal is provided on a side surface of the first ceramic layer .
本発明の一態様のヒータによれば、内部電極が設けられた第2セラミック層ではなく第1セラミック層に電極端子が設けられており、内部電極と電極端子とがリードによって接続されている。これにより、第2セラミック層における均熱性を向上させることができる。 According to the heater of one aspect of the present invention, the electrode terminals are provided on the first ceramic layer instead of the second ceramic layer on which the internal electrodes are provided, and the internal electrodes and the electrode terminals are connected by leads. Thereby, the heat equalizing property in the second ceramic layer can be improved.
図1はヒータ10の例を示す断面図である。図1に示すように、ヒータ10は、第1セラミック層1と、第1セラミック層1に設けられた発熱抵抗体2と、第1セラミック層1の上に接着層3を介して積層された第2セラミック層4と、第2セラミック層4の内部に設けられた内部電極5とを備えている。本実施形態のヒータ10においては、第2セラミック層4の上面が、試料を加熱する加熱面6になっている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the
第1セラミック層1は、発熱抵抗体2が設けられた部材である。第1セラミック層1は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。ヒータ10は、平面視したときの形状が、例えば、矩形状の部材である。この場合、第1セラミック層1および第2セラミック層4も矩形状である。第1セラミック層1の寸法は、例えば、矩形状の場合は、縦の長さを10〜120mm、横の長さを10〜120mm、厚みを1〜10mmに設定できる。また、円板状の場合は直径50mm〜450mm、厚みは1〜10mmに設定できる。
The first
また、第1セラミック層1は、下面に凹凸を有していてもよい。第1セラミック層1が下面に凹凸を有していることによって、下面における熱放散性を向上できる。これにより、ヒータ10の降温を素早く行なうことができる。凹凸としては、例えば、並置された複数の溝を用いることができる。溝は、例えば、第1セラミック層1の横方向または縦方向に沿って伸びるように形成されるとともに、第1セラミック層1の下面の全面に形成されている。第1セラミック層1は、例えば、グリーンシートを積層して、これを焼結することによって作製することができる。
Further, the first
発熱抵抗体2は、第2セラミック層4の上面の加熱面6に載置された試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体2は、第1セラミック層1に設けられている。本実施形態のヒータ10においては、発熱抵抗体2は、第1セラミック層1の上面に設けられている。言い換えると、発熱抵抗体2は、第1セラミック層1のうち第2セラミック層4と対向する面に設けられている。発熱抵抗体2は第1セラミック層1の内部に設けられていてもよい。
The
発熱抵抗体2に電圧を印加することによって、発熱抵抗体2を発熱させることができる。発熱抵抗体2で発せられた熱は、接着層3および第2セラミック層4の内部を伝わって、第2セラミック層4の上面(加熱面6)に到達する。これにより、加熱面6に載置された試料を加熱することができる。
By applying a voltage to the
図2に示すように、発熱抵抗体2は、複数の折り返し部を有する線状のパターンであって、第1セラミック層1の上面のほぼ全面に形成されている。これにより、加熱面6において熱分布にばらつきが生じることを抑制できる。なお、図2は断面を示す図ではないが、理解を助けることを目的として、発熱抵抗体2にハッチングを付している。
As shown in FIG. 2, the
発熱抵抗体2は、導体成分およびガラス成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白金または金等の金属材料を含んでいる。ガラス成分が発泡してしまうことを抑制するために、金属材料としては大気中で焼結可能な金属を選択してもよい。また、ガラス成分としては、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素および亜鉛等の材料の酸化物を含んでいる。発熱抵抗体2は、第1セラミック層1となるグリーンシートの表面に導電性ペーストをスクリーン印刷しておき、これを焼結することによって作製することができる。
The
第2セラミック層4は、上面に加熱面6を有する板状の部材である。第2セラミック層4は、被加熱物に接触する部材である。また、第2セラミック層4は、発熱抵抗体2から
伝わった熱のむらを低減して、加熱面6に伝えるための部材である。第2セラミック層4は、上面の加熱面6において、例えば、シリコンウエハまたはシリコンウエハチップ等の被加熱物を加熱する。
The second
第2セラミック層4は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。特に、第2セラミック層4は、第1セラミック層1と同じ材料から成っていてもよい。これにより、第1セラミック層1と第2セラミック層4との熱膨張率を近づけることができるので、第1セラミック層1と第2セラミック層4との間に生じる熱応力を低減できる。
The second
第2セラミック層4の寸法は、例えば、矩形状の場合は、縦の長さを10〜120mm、横の長さを10〜120mm、厚みを1〜10mmに設定できる。また、円形状の場合は直径50mm〜450mm、厚みは1〜10mmに設定できる。
For example, in the case of a rectangular shape, the dimensions of the second
第2セラミック層4は、第1セラミック層1と同様に、例えば、グリーンシートを積層して、これを焼結することによって作製することができる。
Similar to the first
第2セラミック層4の下面は、第1セラミック層1の上面と接着層3を挟んで対向している。第2セラミック層4と第1セラミック層1とは、接着層3を介して、接着されている。第1セラミック層1および第2セラミック層4は、例えば、側面が面一になるように形成される。
The lower surface of the second
ヒータ10は、第2セラミック層4の内部に、内部電極5をさらに備えていている。本実施形態のヒータ10においては、内部電極5は、温度センサーである。温度センサーは、例えば、導体パターンから成る。この導体パターンの抵抗値の変化を測定することによって、温度を測定することができる。温度センサーが導体パターンから成る場合には、例えば、繰り返し折り曲げた形状で面方向のほぼ全体に引き回されている。導体パターンは、例えば、タングステン、モリブデンまたは白金等の金属材料から成る。
The
内部電極5は、第2セラミック層4となる複数のグリーンシートの層間に、導電性ペーストをスクリーン印刷しておき、これを焼結することによって作製することができる。
The
温度センサーを第2セラミック層4に埋設することによって、例えば、温度センサーを第1セラミック層1に埋設する場合と比較して、加熱面6に近い部分で温度を測定することができる。
By embedding the temperature sensor in the second
ヒータ10の温度制御には以下の方法を用いることができる。具体的には、第2セラミック層4の内部に上述した温度センサーを設けることによって温度を測定できる。以上のようにして測定した第2セラミック層4の温度に基づいて、発熱抵抗体2に印加する電圧を調整することによって、加熱面6の温度が一定になるように発熱抵抗体2の発熱を制御することができる。
The following method can be used for temperature control of the
接着層3は、第1セラミック層1と第2セラミック層4とを接着するための部材である。接着層3は、第1セラミック層1の上面と第2セラミック層4の下面との間に設けられている。本実施形態のヒータ10においては、接着層3は、第1セラミック層1と第2セラミック層4とを発熱抵抗体2ごと接着している。接着層3は、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂材料等から成る。接着層3の厚みは、例えば、0.01〜0.3mmに設定できる。また、接着層3は、アルミナまたは窒化アルミニウム等のフィラーを含有していてもよい。
The
本実施形態のヒータ10においては、図1に示すように、第1セラミック層1の上面に発熱抵抗体2が設けられることにより、発熱抵抗体2で生じた熱を第2セラミック層4だけではなく接着層3においても拡散させることができる。これにより、加熱面6における均熱性を向上できる。
In the
ヒータ10は、さらにリード7と電極端子8とを備えている。
The
リード7は、内部電極5と電極端子8とを電気的に接続するための部材である。リード7は、第2セラミック層4からの熱引きを低減することを目的として、電極端子8よりも熱容量が小さい。具体的には、電極端子8が、例えば、棒状の部材からなるのに対して、リード7は、印刷されたパターン状またはスルーホール状の部材である。リード7は第2セラミック層4から接着層3を通って第1セラミック層1まで設けられている。リード7は、例えば、銀、パラジウム、タングステン、モリブデンまたはそれらを主成分とした化合物から成る。
The
図1に示すヒータ10においては、リード7はスルーホール状の部材である。リード7は、一端が第2セラミック層4の内部において内部電極5に接続されているとともに、他端が第1セラミック層1の内部において電極端子8に接続されている。リード7は、第2セラミック層4から接着層3を貫いて第1セラミック層1に伸びている。リード7と発熱抵抗体2との間は電気的に絶縁されている。
In the
リード7がスルーホール状の場合は、例えば、以下の方法によりリード7を作製できる。
When the
リード7のうち、第1セラミック層1および第2セラミック層4の内部に位置する部分については、以下の方法を用いることができる。具体的には、第1セラミック層1および第2セラミック層4を作製する際に、グリーンシートに直径0.3〜1mmの穴を開けておき、この穴に導電性ペーストを流し込む。これを焼結することによってスルーホール状のリード7を形成することができる。導電性ペーストとしては、例えば、タングステン、モリブデンまたは銀パラジウム等を主成分とするペーストが挙げられる。
The following method can be used for the portions of the
リード7のうち、接着層3の内部に位置する部分については、直径0.3〜1mm程度のタングステンまたはモリブデンのピンを用いることができる。具体的には、第1セラミック層1の上面および第2セラミック層4の下面にそれぞれに露出したリード7の一部に、上記のピンを接合することによって、リード7のうち接着層3に位置する部分を形成することができる。
Tungsten or molybdenum pins having a diameter of about 0.3 to 1 mm can be used for the portion of the
電極端子8は、内部電極5と外部の電源とを接続するための部材である。電極端子8は、例えば、棒状の部材からなる。電極端子8がパターン状またはスルーホール状ではなく棒状であることによって、電極端子8が外部の回路と接続されるときに、一定の強度を確保することができる。
The
電極端子8は、外部の電源との接続を行なうための部材であることから、外部の端子が接合されて用いられる。このとき、接合強度および電気的接続の信頼性を確保するために、電極端子8はリード7と比較して幅および厚みが大きくなるように設定される。そのため、電極端子8はリード7と比較して、剛性が大きい。また、電極端子8は、リード7と比較して、熱容量が大きい。
Since the
電極端子8は、例えば、タングステンまたはモリブデン等の金属材料から成る。
The
図1に示すヒータ10においては、第1セラミック層1の下面に凹部9が設けられている。凹部9の底面にはリード7が引き出されている。電極端子8は、第1セラミック層1の下面の凹部9に挿入されてリード7に電気的に接続されている。なお、図1に示すヒータ10においては、電極端子8が凹部9内に挿入されているが、これに限られない。具体的には、リード7が第1セラミック層1の下面にまで引き出されるとともに、この下面に電極端子8が取り付けられることによって、リード7と電極端子8とが接続されていてもよい。
In the
本実施形態のヒータ10においては、内部電極5が設けられた第2セラミック層4ではなく第1セラミック層1に電極端子8が設けられており、内部電極5と電極端子8とがリード7によって接続されている。これにより、電極端子8による熱引きを低減することができるので、第2セラミック層4における均熱性を向上させることができる。
In the
また、図3に示すように、電極端子8が第1セラミック層1の側面に設けられていてもよい。電極端子8が第1セラミック層1の側面に設けられていることによって、第2セラミック層4の上面(加熱面6)の中心側において均熱性が低下するおそれを低減できる。図3に示すヒータ10においては、第1セラミック層1の側面に凹部9が設けられるとともに、凹部9内に露出するようにリード7が設けられている。そして、電極端子8は、第1セラミック層1の側面の凹部9に挿入されてリード7に電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 3, the
なお、図3に示すヒータ10においては、電極端子8が凹部9内に挿入されているが、これに限られない。具体的には、リード7が第1セラミック層1の側面にまで引き出されるとともに、この側面に電極端子8が取り付けられることによって、リード7と電極端子8とが接続されていてもよい。
In the
また、図4に示すように、リード7は、第2セラミック層4の側面から、接着層3の側面を通って、第1セラミック層1の側面にまで設けられていてもよい。これにより、リード7を発熱抵抗体2から遠ざけることができるので、発熱抵抗体2から発せられた熱がリード7を介して外部に逃げてしまうことを低減できる。その結果、第2セラミック層4の上面における均熱性を向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the
リード7がパターン状の場合は、例えば、以下の方法によりリード7を形成できる。具体的には、内部電極5の一部を第2セラミック層4の側面まで延伸させて、第2セラミック層4の側面に内部電極5を露出させる。この露出させた内部電極5に重なるように、銀等を主成分とする導電性樹脂ペーストを第2セラミック層4の側面から接着層3の側面を通って第1セラミック層1の側面にまで塗布する。これを、硬化させることによってリード7を形成することができる。リード7がパターン状であることによって、リード7がピン等からなる場合と比較して、リード7による熱引きを低減することができる。これにより、第2セラミック層4の上面における均熱性を向上させることができる。パターン状としては、例えば、膜状が挙げられる。
When the leads 7 have a patterned shape, the
また、リード7が電極端子8よりも熱伝導率の小さい材料からなっていてもよい。これにより、リード7からの熱引きをさらに低減できるので第2セラミック層4の上面における均熱性を向上できる。電極端子8が例えば銅からなる場合であれば、リード7として、例えば、銀パラジウム、タングステンまたはモリブデンを用いることができる。
Further, the
1:第1セラミック層
2:発熱抵抗体
3:接着層
4:第2セラミック層
5:内部電極
6:加熱面
7:リード
8:電極端子
9:凹部
10:ヒータ
1: First ceramic layer 2: Heat generation resistor 3: Adhesive layer 4: Second ceramic layer 5: Internal electrode 6: Heating surface 7: Lead 8: Electrode terminal 9: Recessed portion 10: Heater
Claims (4)
前記電極端子が前記第1セラミック層の側面に設けられていることを特徴とするヒータ。 A first ceramic layer, a heat generating resistor provided on the first ceramic layer, a second ceramic layer laminated on the first ceramic layer via an adhesive layer, and provided inside the second ceramic layer. The internal electrode is connected to the internal electrode, and the lead provided from the second ceramic layer through the adhesive layer to the first ceramic layer is connected to the lead and the lead is connected to the lead. It is equipped with an electrode terminal provided on one ceramic layer.
A heater characterized in that the electrode terminals are provided on the side surface of the first ceramic layer.
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